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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA PARAÍBA CAMPUS JOÃO PESSOA DEPARTAMENTO DE ENSINO TÉCNICO INTEGRADO COORDENAÇÃO DE ELETRÔNICA
JOHNY WHALLYSON ALVES DA SILVA KELSON GOMES SANTANA
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL: ACESSIBILIDADE NO ACIONAMENTO DE DISPOSITIVOS DOMÉSTICOS UTILIZANDO BLUETOOTH
JOÃO PESSOA 2012
JOHNY WHALLYSON ALVES DA SILVA KELSON GOMES SANTANA
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL: ACESSIBILIDADE NO ACIONAMENTO DE DISPOSITIVOS DOMÉSTICOS UTILIZANDO BLUETOOTH
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Técnico de Eletrônica Integrado ao Ensino Médio do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba – IFPB como requisito parcial à obtenção do grau de Técnico em Eletrônica. Orientador: Professor Esp. José Aniceto Duarte Costa.
JOÃO PESSOA 2012
TERMO DE APROVAÇÃO
BANCA EXAMINADORA
Prof. Esp. José Aniceto Duarte Costa Presidente – IFPB
Prof. Msc. José Walligton Pereira Leal Membro – IFPB
Profª Silvia Moreno Vidal Coordenadora do Curso de Eletrônica– IFPB
Profª Msc. Josali do Amaral Profª de Metodologia Científica - IFPB
Dedicamos este trabalho ao nosso caro colega e amigo Andrew Galthiery levado deste mundo precocemente que nos ensinou a dar os primeiros passos no mundo da programação.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, pois é Nele que realizamos qualquer coisa e sem Ele nada somos. Ao Deus que nos permite conhecer um pouco mais de sua criação e usar seus recursos na solução de problemas humanos, até aqui Ele nos ajudou. A nossa família, especialmente aos nossos pais que nos incentivaram e nos apoiaram em nossas escolhas, dando-nos forças para continuar mesmo com as barreiras enfrentadas ao longo destes quatro anos. À namorada de Johny, Daniele Rayane, que sempre o apoiou, incentivando e ajudando-o nas horas difíceis. A nossos amigos e em especial ao amigo-irmão Andrew Galthiery, vivo em nossas memórias, que nos apoiou e ajudou, estando conosco tanto nas atividades escolares, como na nossa vida particular. Ao caro amigo Janyelison Rodrigo, que foi praticamente um segundo orientador no nosso projeto, sempre à disposição para nos ajudar. Aos Professores que ao longo do curso nos passaram o conhecimento necessário para a nossa formação como técnicos em eletrônica, eles foram fundamentais na realização desse trabalho. Agradecemos também à professora Josali e ao “Mestre” Aniceto, que nos ajudaram a concretizar este projeto.
Eis o que eu vi: boa e bela coisa é comer e beber e gozar cada um do bem de todo o seu trabalho, com que se afadigou debaixo do sol, durante os poucos dias da sua vida que Deus lhe deu; porque esta é a sua porção. Rei Salomão.
RESUMO
A necessidade de se facilitar as tarefas do dia-a-dia para realizá-las com mais rapidez e conforto leva diretamente à automatização dos sistemas elétricos e eletrônicos de uma moradia. Tais avanços podem ser utilizados tanto para gerar mais comodidade e segurança, como também para gerar acessibilidade aos indivíduos com necessidades especiais que tenham, por exemplo, dificuldade de locomoção. Tendo isso em vista, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um protótipo experimental que seja capaz de ligar e desligar dispositivos de uma residência tais como ar-condicionado, lâmpadas, ventiladores, aparelhos de som e etc. através de um computador pessoal portátil. O sistema proposto se torna inovador no momento em que se utiliza de uma tecnologia recente e moderna (Bluetooth) aplicada à solução de problemas humanos, principalmente no que se refere à geração de mais conforto e facilidade aos portadores de deficiência física, além do baixo custo do projeto.
Palavras-Chave: automação residencial, acessibilidade, Bluetooth.
ABSTRACT The need to facilitate the tasks of day-to-day to perform them with more speed and comfort leads directly to the automation of electrical and electronic systems of a house. Such advances can be used both to generate more convenience and safety, but also to generate accessibility to individuals with disabilities who have, for example, limited mobility. With this in mind, this paper proposes the development of an experimental prototype that is able to on and off devices in a home such as air conditioners, lamps, fans, stereos and so on, using a portable personal computer. The proposed system becomes innovative when it uses a new and modern technology (Bluetooth) applied to the solution of human problems, mainly in respect to the generation of comfort and ease to the physically disabled, beyond the low cost of the project.
Key-words: home automation, accessibility, Bluetooth.
LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Benefícios que a domótica traz. Acessibilidade pode e deve ser um deles. Figura 2 – Símbolo internacional para a acessibilidade. Figura 3 – Janela da Plataforma MATLAB com seus principais segmentos. Figura 4 – A janela do utilitário GUIDE do MATLAB. Figura 5 – Microcontrolador: vários componentes num único CI. Figura 6 – Pinagem do microcontrolador PIC18F4520. Figura 7 – Símbolo do Bluetooth. Figura 8 – Troca randômica de freqüência de transmissão na tecnologia Bluetooth. Figura 9 – Exemplo de rede piconet do Bluetooth. Figura 10 – Esquema de envio de um byte no protocolo RS-232. Figura 11 – Porta serial de um computador. Figura 12 – Pinagem da porta serial. Figura 13 – Fluxo de informações dos pinos TX e RX na comunicação serial. Figura 14 – Diagrama de blocos do funcionamento da Central de Automação Residencial Figura 15 – Módulo Bluetooth HC-06. Figura 16 – Janela do Hyperterminal com exemplo de configuração do Bluetooth. Figura 17 – Circuito montado para configuração do módulo Bluetooth. Figura 18 – Esquema da comunicação entre o PIC e o HC-06. Figura 19 – Diagrama de sinais do sistema da Central. Figura 20 – Exemplo de acionamento de LED na porta D com MikroC. Figura 21 – No firmware desenvolvido, cada caractere recebido é associado a um pino de saída da porta D do microcontrolador. Figura 22 – Exemplo clássico de um circuito de potência. Figura 23 – Símbolo gráfico do transistor. Figura 24 – Esquema da utilização do transistor para acionar um relé. Figura 25 – Funcionamento do relé. Figura 26 – Esquema do Circuito da Central feito no Proteus. Figura 27 – Circuito da Central quando exportado do ISIS para o ARES no Proteus. Figura 28 – Funcionamento do sistema proposto com a interface gráfica. Figura 29 – Interface criada para acionamento de dispositivos.
LISTA DE IMAGENS Imagem 1 – Central de Automação Residencial desenvolvida. Imagem 2 – Placa da Central de Automação finalizada. Imagem 3 – Módulo Bluetooth utilizado pela Central de Automação.
LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Frequências de atuação do Bluetooth em diferentes partes do mundo. Tabela 2 – Pinagem do módulo Bluetooth HC-06. Tabela 3 – Correspondência entre caracteres recebidos e ações que estes devem produzir. Tabela 4 – Meio pelo qual os usuários desejariam controlar os artefatos residenciais. Tabela 5 – Escolha dos equipamentos prioritários para automatização.
LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 – Meio pelo qual os usuários desejariam controlar os artefatos residenciais. Gráfico 2 – Escolha dos equipamentos prioritários para automatização.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANATEL
Agência Nacional de Telecomunicações
CI
Circuito Integrado
CLP
Controlador Lógico Programável
GUI
Graphic User Interface
GUIDE
Graphic User Interface Design Environment
MATLAB
MATrix LABoratoy
PC
Personal Computer
PIC
Peripheral Interface Controller
PIN
Personal Identification Number
RF
Radiofreqüência
SMD
Surface Mounted Device
TTL
Transistor-Transistor Logic
SUMÁRIO INTRODUÇÃO 1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.4
DOMÓTICA E ACESSIBILIDADE ORIGEM, CONCEITO E ASPECTOS DA DOMÓTICA A ACESSIBILIDADE O USO DA DOMÓTICA NA PROMOÇÃO DA ACESSIBILIDADE DESCRIÇÕES ACERCA DE MICROCONTROLADORES, MATLAB, TECNOLOGIA BLUETOOTH E COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232 MATLAB O que é MATLAB O Utilitário Guide MICROCONTROLADORES Origem e Aspectos dos Microcontroladores O Microcontrolador PIC18F4520 A TECNOLOGIA BLUETOOTH COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232
3 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO E DESENVOLVIDO O CIRCUITO DA CENTRAL DE AUTOMAÇÃO 3.1 3.1.1 O módulo Bluetooth da Central de Automação. O Funcionamento do Microcontrolador PIC18F4520 na Central de 3.1.2 Automação. 3.1.3 O circuito de potência para acionamento dos dispositivos 3.1.4 Finalização experimental da Central de Automação A INTERFACE GRÁFICA CRIADA NO MATLAB 3.2 4
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VANTAGENS, DESVANTAGENS E POSSÍVEIS MELHORIAS NO PROJETO
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
50
REFERÊNCIAS
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APÊNDICES APÊNDICE A APÊNDICE B
53 53 56
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INTRODUÇÃO Uma das áreas mais crescentes, tanto no mercado tecnológico como nos meios de publicação científica é a automação. Seja residencial, predial, ou industrial, esta se destina a gerir recursos automaticamente a fim de facilitar a realização de determinadas tarefas. Especificamente, a automação residencial, ou domótica, delimitação à qual este trabalho dá ênfase, tem se mostrado como meio promissor e eficiente nas aplicações de engenharia para solução de problemas humanos. Esta forma de aplicação tecnológica, além de poder gerar conforto, segurança e comodidade nos lares, pode também ser utilizada para a promoção da acessibilidade aos portadores de deficiência física, sendo este o principal foco deste trabalho. O trabalho em questão tem o objetivo de desenvolver experimentalmente um sistema de automação residencial que facilite a vida dos indivíduos moradores de uma residência, principalmente no que se refere à geração de conforto para pessoas com dificuldade de locomoção. Torna-se relevante o levantamento de tal questão, pois a essência do projeto está exatamente na utilização de recursos tecnológicos existentes na atualidade para aplicações sociais. Para se desenvolver um sistema que pudesse se adequar aos padrões estipulados foi necessário um levantamento bibliográfico sobre o assunto, de forma a entender o que se existe hoje em termos de automação residencial, juntamente com as tecnologias utilizadas para tais fins. Esta etapa na pesquisa se fazia essencial para se obter o conhecimento prévio necessário à inicialização da etapa experimental do projeto. Decidiu-se utilizar um mesmo mecanismo encontrado em vários sistemas de automação, uma central de controle que gere os recursos da residência. A parte “inteligente” deste circuito de controle de acionamento é justamente executada pelo microcontrolador (PIC18F4520), que receberia certos comandos, e em função destes ligaria ou desligaria os aparelhos da casa, usando para isso também, um circuito de potência. Para se operar efetivamente esta central de automação proposta com o objetivo de acionar dispositivos domésticos (ênfase do trabalho), era necessário criar um meio que fornecesse ao usuário do sistema, facilidades na realização de tal tarefa, considerando também que este pudesse se adequar ao cotidiano do morador desta determinada residência. Surge então a hipótese de se criar uma interface de acionamento num computador pessoal, interface esta que funciona como solução para os problemas apresentados à medida que facilita o acionamento de equipamentos da casa para um deficiente físico, através de um instrumento que atualmente é utilizado para variadas tarefas do dia-a-dia – o computador. Este programa foi desenvolvido no MATLAB, tanto pelas suas facilidades para iniciantes em programação
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como também sua eficácia no desenvolvimento de qualquer projeto de software que demande recursos gráficos. O MATLAB facilita a concretização da interface gráfica no momento que dispõe de um utilitário chamado “GUIDE” que permite a criação de interface de forma fácil e rápida, diferentemente de outras linguagens em que se faz necessário o uso de bibliotecas gráficas e etc. Escolhidos o método pelo qual se faria a automação da residência (circuito da central de automação microcontrolado) e o meio pelo qual o usuário operaria tal sistema (interface gráfica num PC criada no MATLAB), restava apenas a escolha da tecnologia de comunicação a ser empregada no projeto. Desta forma, para a conexão entre a central e o computador, optou-se pela tecnologia Bluetooth. Esta atende às necessidades existentes, pois além de seu baixo custo e confiabilidade, se trata de um dispositivo de comunicação segura e moderna, de modo que apenas o usuário que tiver o código de acesso ao módulo Bluetooth da central de automação, poderia ligar ou desligar os equipamentos da casa. Este sistema se diferencia dos demais na área da domótica à medida que se utiliza de tecnologias modernas como o Bluetooth aliado às facilidades na sua utilização para o usuário. Além disso, o baixo custo do projeto como um todo também é algo que o torna interessante se este for aplicado ao mercado, uma vez que ao utilizar os módulos Bluetooth não se precisa dispor de outras tecnologias de comunicação mais caras, menos eficientes e menos práticas como um simples módulo RF, ou utilizando-se cabos de dados para comunicação e etc. A descrição deste projeto experimental foi dividida em quatro partes no seu desenvolvimento, a fim de facilitar o entendimento do mesmo. Inicialmente é feito um levantamento bibliográfico sobre aspectos da domótica e da acessibilidade, justificando assim o emprego da tecnologia para a promoção da qualidade de vida também dos portadores de deficiência física. Já no capítulo dois é feita uma descrição sobre as três principais tecnologias empregadas no projeto, o MATLAB, os microcontrolador e o Bluetooth, além de explicitar também o tipo de comunicação serial utilizado no Bluetooth – RS-232. Logo depois no capítulo três, se inicia uma descrição mais detalhada do funcionamento protótipo experimental, analisando cada aspecto de suas partes e destacando seu desenvolvimento propriamente dito, assim como experimentos e testes realizados com o sistema criado. No último capítulo é feita uma análise após a concretização do protótipo experimental, destacando suas vantagens, desvantagens e refletindo sobre possíveis melhorias a serem feitas para o aperfeiçoamento do sistema.
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CAPITULO 1
1 DOMÓTICA E ACESSIBILIDADE
1.1 ORIGEM, CONCEITO E ASPECTOS DA DOMÓTICA
A Automação Residencial ou Domótica pode ser definida como uma área da tecnologia/engenharia que visa à automatização de uma casa, através do seu controle e monitoramento, na qual são integrados diversos sistemas de apoio à sua exploração (CARDOSO. 2009, p. 28). O grande objetivo desta é trazer a facilitação das tarefas do cotidiano, de modo a atender às necessidades dos usuários no que se refere à geração de conforto e comodidade. Esta é uma área que tem crescido cada vez mais no Brasil e no mundo, abrindo novas possibilidades de mercado. Isso se deve muito pelas mudanças no comportamento da sociedade, como por exemplo, a utilização maior de tecnologias no dia-adia, modernização das residências, a entrada da mulher no mercado de trabalho, entre outras. Tarefas repetitivas, monótonas e que exigiam esforço físico, hoje podem ser automatizadas, gerando mais facilidades e também proporcionando mais tempo para as pessoas gastarem com lazer, cultura e etc. Historicamente, o desenvolvimento das tecnologias voltadas à automação das residências está diretamente ligado ao desenvolvimento científico-tecnológico dos últimos séculos. Tal posicionamento é ratificado por Muratori (2001, apud GALDINO, 2010, p. 11):
Grandes marcos fazem parte do histórico da tecnologia doméstica e influenciaram cada um deles na evolução e desenvolvimento da domótica. Em 1820 com o surgimento da Eletricidade; em 1876 com a invenção do telefone por Alexander Graham Bell; 1940 invenção da televisão; 1960 surgem os primeiros sistemas estéreos domésticos; 1989 com o surgimento da Internet; 1990 com os primeiros sistemas de iluminação inteligente; 1995 com os sistemas de entretenimento, 2000 com o comércio eletrônico e 2003 com a comunicação com vídeo.
A maioria dos sistemas de automação residencial é construída visando à centralização dos comandos de operações em algum dispositivo “inteligente”. Para tanto são usados microcontroladores, CLPs (Controladores Lógico-Programáveis) e etc. Tais sistemas, quando desenvolvidos, giram em torno do gerenciamento de alguns aspectos de uma moradia. Dentre eles podemos citar a segurança, comunicação, entretenimento, serviços básicos e funcionalidades auxiliares (GALDINO, 2010, p. 14).
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Figura 1 – Benefícios que a domótica traz. Acessibilidade pode e deve ser um deles.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
Pode-se dizer então, que a quantidade de benefícios que a domótica proporciona é imensa, tanto na geração de conforto e comodidade, como no controle de certos aspectos de uma residência, como já citado anteriormente. Uma das propostas do presente trabalho é exatamente acrescentar a essa lista de itens, a geração de acessibilidade aos portadores de necessidades especiais, sejam deficientes físicos ou idosos, como mostra a figura 1.
1.2 A ACESSIBILIDADE O conceito de acessibilidade pode ser entendido segundo a (ABNT) NBR 9050 – 2004 que define o seguinte:
Acessibilidade: possibilidade e condição de alcance, percepção e entendimento para a utilização com segurança e autonomia de edificações, espaço, mobiliário, equipamento urbano e elementos.
A acessibilidade tem variados aspectos e dimensões, podendo ser eles arquitetônicos, comunicacionais, metodológicos, instrumentais entre outros (SASSAKI, 2009). O fato é que esta visa promover a inclusão social das pessoas com necessidades especiais. Esta inclusão deve ocorrer nos mais variados meios e utilizando-se de todos os recursos possíveis. O desenvolvimento tecnológico pode ser utilizado com tais objetivos, para que especificamente
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na área da domótica, torne o ambiente residencial mais acessível e adaptado às pessoas com tais necessidades. Figura 2 – Símbolo internacional para a acessibilidade.
FONTE: http://pt.wikipedia.org/wiki/Acessibilidade
Em qualquer repartição, seja pública ou privada, se faz necessário a existência de instrumentos que promovam a adaptação destas pessoas ao ambiente, de modo que estes instrumentos devem sempre conter o símbolo internacional da acessibilidade, como mostra a figura 2. O uso da tecnologia para aplicações sociais pode tornar a inclusão social possível e assim ajudar as pessoas que precisam de acessibilidade no dia-a-dia, facilitando a promoção do bem-estar das famílias nos lares, como também, proporcionando mais conforto e qualidade de vida.
1.3 O USO DA DOMÓTICA NA PROMOÇÃO DA ACESSIBILIDADE
Diversos autores trabalham com a domótica na perspectiva da geração da acessibilidade aos portadores de deficiência física, além disso, com o crescente envelhecimento da população nos países desenvolvidos e emergentes se faz necessário encontrar soluções para que esta parcela da população também tenha qualidade de vida nas suas residências. FERREIRA (2010, p.1) diz que “Se a domótica tem representado a comodidade para as pessoas sem limitações motoras, fica fácil predizer a sua grande importância se for colocada a serviço da superação das possíveis limitações que um problema de ordem física pode ocasionar ao seu portador”. Uma residência adaptada e segura certamente traria as facilidades necessárias que uma pessoa com necessidades especiais precisa. Isto nos remete ao conceito de casa segura, que segundo SOUZA (2007, p.42) é uma “moradia que visa oferecer aos idosos, portadores de
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necessidades especiais ou com mobilidade reduzida, uma ambientação mais adequada, segura e confortável, que lhes dê mais independência, conforto e uma vida digna de qualidade”. Esta casa segura poderia, por exemplo, facilitar a entrada de uma pessoa cadeirante na residência, tornar acessível e seguro o uso do banheiro da casa, adaptar os móveis para o uso de deficientes físicos e também facilitar o acionamento dos dispositivos domésticos como televisão, lâmpadas, rádio, condicionadores de ar e etc., às pessoas com dificuldade de locomoção. Este último ponto é exatamente a descrição do presente projeto. O acionamento de dispositivos da residência é um fator fulcral na vivência nos lares. Torna-se assim, extremamente relevante oferecer aos portadores de necessidades especiais, as condições necessárias para a realização das tarefas que remetem ao acionamento desses aparelhos. Tanto no lazer e cultura, utilizando televisores ou rádio; como na procura pelo conforto usando ventiladores e condicionadores de ar; e também na própria ambientação de um cômodo, acendendo uma lâmpada; é preciso ligar e desligar equipamentos alimentados na rede elétrica. Conclui-se assim, que a automação residencial pode ser usada na facilitação da vida das pessoas nos lares, especialmente no que se refere ao oferecimento de condições necessárias para que indivíduos com necessidades especiais possam acionar determinados dispositivos numa casa.
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CAPITULO 2
2
DESCRIÇÕES
ACERCA
DE
MICROCONTROLADORES,
MATLAB,
TECNOLOGIA BLUETOOTH E COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232
Antes mesmo de se conhecer o funcionamento do projeto experimental desenvolvido em si, faz-se necessário entender as partes que o compõe. As três grandes tecnologias utilizadas no protótipo são exatamente o MATLAB (para criação da interface gráfica), o Bluetooth (para comunicação), e o microcontrolador (para acionamento dos dispositivos). Além destas, também é necessário entender o protocolo serial de comunicação empregado no projeto para conectar o módulo Bluetooth à Central de Automação, o RS-232 A seguir é feita uma breve descrição sobre tais tecnologias justificando o seu uso no presente projeto.
2.1 MATLAB
2.1.1 O que é MATLAB
MATLAB segundo MATSUMOTO (2007, p. 25), pode ser definido como: “um software cujo elemento básico de trabalho são matrizes (o nome MATLAB vem do inglês ‘MATrix LABoratoy’), no qual podem ser facilmente expressos em notação matemática e rapidamente solucionados por meio de cálculos computacionais eficientes e confiáveis”.
Trata-se de uma ferramenta de programação e de cálculo altamente poderosa que tem várias utilidades tanto no campo da engenharia como no campo da matemática, entre outros. Em termos de linguagem de programação, o MATLAB é conhecido como uma linguagem de alto nível e que ao mesmo tempo se mostra de fácil aprendizado, sendo muitas vezes recomendado como linguagem para os iniciantes em programação pelas suas praticidades. Além disso, pode-se citar como vantagem no uso do MATLAB, o fato dele possuir um compilador que permite a transformação do programa criado em um arquivo executável. Isto permite uma execução mais rápida do programa e de forma independente da plataforma do MATLAB podendo esse programa executável ser vendido e distribuído a usuários (CHAPMAN, 2003, p. 3).
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Figura 3 – Janela da Plataforma MATLAB com seus principais segmentos.
FONTE: Ilustração dos autores produzida na plataforma do MATLAB.
A plataforma de construção de softwares do MATLAB (fig. 3) simplifica a interação com o usuário, facilitando assim a programação. Como se vê acima, a visão geral da janela de comandos, espaço de trabalho, diretório de arquivos permite que o usuário esteja ciente de tudo o que está acontecendo no desenrolar do programa. Além das suas aplicações computacionais e de análise de dados como também de simulação e desenvolvimento de softwares, pode-se utilizar o MATLAB para qualquer tarefa que demande emprego de funções gráficas, sendo este, um dos motivos para sua escolha neste projeto. Uma das ferramentas disponibilizadas para isso é exatamente o utilitário GUIDE, que será visto no item a seguir.
2.1.2 O Utilitário GUIDE
O utilitário GUIDE (Graphic User Interface Design Environment) é uma ferramenta do MATLAB para desenvolvimento de interfaces gráficas, que permite criar objetos de controle de interface com o usuário em janelas gráficas, com interação no estilo ‘Visual Basic’ (MATSUMOTO, 2007, p. 317). Uma descrição mais detalhada de como funciona uma GUI é dada por CHAPMAN (2003, p. 389):
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Uma GUI proporciona ao usuário um ambiente familiar para trabalhar. Esse ambiente contém botões, chaves, listas, menus, caixas de texto e outros, já familiares para o usuário, assim ele pode se concentrar em utilizar a aplicação em vez de cuidar da mecânica envolvida em fazer as coisas. Entretanto, as GUIs são mais difíceis para o programador, pois um programa baseado em GUI precisa ser preparado para botões do mouse (ou possivelmente entrada pelo teclado) para qualquer elemento da GUI a qualquer momento. As entradas são denominadas eventos, e um programa que responde a eventos é dirigido a eventos.
Esta forma de se desenvolver interfaces humanas facilita a criação das mesmas, pois oferece ao usuário a possibilidade de rapidez no teste do programa criado, diferentemente de outras linguagens de programação, em que se faz necessária a busca de bibliotecas gráficas que desempenhem as funções requeridas dentro do programa. Figura 4 – A janela do utilitário GUIDE do MATLAB
FONTE: Ilustração produzida pelos autores com o utilitário GUIDE do MATLAB.
A janela GUIDE para criação de interfaces gráficas no MATLAB, mostrada acima na figura 4, facilita a realização de tal tarefa, pois como se vê, funciona de um modo parecido com o “paint” da Microsoft®. Ela dispõe de botões, caixas de texto, gráficos e entre outras opções que ficam à amostra numa barra de ferramentas. Ou seja, o GUIDE permite que o usuário “desenhe” a interface que irá utilizar e o próprio utilitário gerará o respectivo código da interface criada. “Depois de desenvolvida, a interface gráfica é segmentada pelo MATLAB em dois arquivos: o arquivo de extensão “.fig” que contém a ilustração da interface propriamente dita; e um outro arquivo “.m” que contém o respectivo código da interface.
2.2 MICROCONTROLADORES
2.2.1 Origem e Aspectos dos Microcontroladores
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Historicamente,
o
desenvolvimento
das
tecnologias
que
precederam
os
microcontroladores aconteceu devido às necessidades que se tinha de se construir sistemas digitais e de controle que atendessem às exigências existentes na realização de determinadas tarefas. A criação de microprocessadores, memórias, temporizadores e outros circuitos foram os primeiros passos para o surgimento dos microcontroladores. O microcontrolador surge à medida que todos esses componentes são postos um único Circuito Integrado (CI), fazendo com que este único CHIP execute todas as funções de entrada e saída mediante um código escrito nele, um software. Tal avanço permitiu que milhões de transistores colocados num único CI pudessem executar tarefas mais complexas ocupando menos espaço nos equipamentos produzidos (DIAS e FILHO, 2008, p. 9). Um microcontrolador difere de um microprocessador no momento em que o segundo pode ser considerado a alma do computador, cuja função elementar é executar todos os cálculos da máquina, necessitando do acoplamento de outros componentes a ele (memória, temporizador), enquanto o primeiro é justamente a junção do microprocessador com todos os outros componentes periféricos num único CI (DIAS e FILHO, 2008, p. 9). A figura 5 abaixo ilustra esse posicionamento: Figura 5 – Microcontrolador: vários componentes num único CI.
FONTE: http://www.mzeditora.com.br/artigos/mic_modernos.htm
Podemos definir então os microcontroladores como um componente que executa determinadas funções e tarefas, seja de manipulação de dados ou de acionamento, por meio de um código escrito numa memória dentro dele. São inúmeras suas aplicações. Tanto em equipamentos domésticos a exemplo do microondas, computadores pessoais, calculadoras, como em dispositivos de máquinas de grande porte nas fábricas, os microcontroladores tem sido usados em larga escala nas mais variadas vertentes no mercado. A utilização deste componente como “cérebro” de um determinado sistema é a sua principal característica, e é exatamente essa a função deste no projeto em questão.
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2.2.2 O Microcontrolador PIC18F18F4520
Neste projeto o microcontrolador utilizado foi o PIC18F4520 da MICROCHIP. Este foi escolhido pelo fato de ter sido estudado durante as aulas da disciplina de Periféricos, tendo os autores assim, um maior conhecimento prévio sobre seu funcionamento do que sobre o funcionamento de outros microcontroladores. Podemos destacar suas características em termos de periféricos internos segundo PEREIRA (2010, p. 25):
Trinta e seis pinos divididos entre cinco portas de entrada/saída (E/S); Três pinos de interrupção externa e quatro pinos com detecção de mudança de estado; Porta paralela escrava para transferência de 8 bits em alta velocidade; Um timer de 8 bits (timer 2) e três timers de 16 bits (timer 0, timer 1 e timer 3); Dois módulos de captura/comparação/ PWM (CCP), sendo um deles com capacidades avançadas (ECCP) como deadtime programável, polaridade programável, até quatro saídas, além de restart e shutdown automáticos; Módulo de comunicação serial síncrona (MSSP) capaz de operar em modo SPI (mestre ou escravo, nos quatro modos de transmissão) e I²C (mestre ou escravo); Módulo de comunicação serial síncrona/assíncrona (EUSART) capaz de realizar comunicações seriais síncronas e assíncronas, com capacidade de endereçamento e outras funcionalidades avançadas; Conversor analógico/digital com resolução de 10 bits e 13 canais de entrada; Dois comparadores analógicos independentes; Módulo oscilador interno que pode utilizar cristais, ressonadores, cerâmicos externos, redes RC ou oscilador interno de 8 MHz (sem componentes externos); Módulo de detecção de baixa tensão e cão-guarda controlável por software.
No sistema proposto o microcontrolador PIC18F4520 está devidamente instalado no Circuito da Central de Automação e sua função é receber dados por meio do protocolo de comunicação serial RS-232 (protocolo de comunicação serial envolvendo Baud Rate, Startbit, Stopbit, etc.). Este protocolo estabelece a comunicação entre o PIC e o Bluetooth, de modo que em função dos dados recebidos pelo Bluetooth, o microcontrolador envia comandos pela porta D, usada como saída. Em geral, na utilização de microcontroladores, faz-se necessário a simulação do respectivo circuito antes de tudo. Uma constatação prévia de como o circuito irá funcionar pode ajudar o projetista a evitar futuros problemas com alguns componentes. Para tanto, existem vários programas de simulação no mercado, mas nesse projeto, foi utilizado o simulador Proteus. Segundo PEREIRA (2010, p. 98), o Proteus pode ser definido como um “software simulador de circuitos eletrônicos que simula a operação de um circuito eletrônico
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contendo componentes analógicos, digitais (inclusive microcontroladores) ou uma mistura de ambos”. Além do Proteus, outro software relacionado ao PIC18F4520 que foi utilizado ao longo do desenvolvimento do projeto foi o compilador MikroC, para a criação do programa a ser inserido dentro do microcontrolador. Figura 6 – Pinagem do microcontrolador PIC18F4520
FONTE: Adaptado do Datasheet da MICROCHIP, empresa fabricante do PIC18F4520
A figura 6 acima mostra a pinagem do microcontrolador PIC18F4520 utilizado. Os principais adereços utilizados neste microcontrolador foram a comunicação serial e a porta D de saída de dados, demarcados em vermelho na imagem.
2.3 A TECNOLOGIA BLUETOOTH
O Bluetooth é uma tecnologia moderna de comunicação sem-fio. Ele permite a conexão de vários dispositivos a curta distância, eliminando assim a necessidade de fios em excesso no ambiente. A origem da palavra é explicada por SVERZUT (2008, p. 422):
O nome Bluetooth foi escolhido em homenagem ao rei Harald Blatand ou Harold Bluetooth, que governou a Dinamarca no século IX. Segundo a lenda ele recebeu este apelido porque possuía na arcada dentária uma incrustação azulada. A escolha do nome Bluetooth está associada com a idéia de unificação. O rei Harald unificou a Dinamarca e a Noruega, idéia semelhante à proposta pela tecnologia, a qual permite a conectividade entre dispositivos de diferentes fabricantes e nacionalidades, unificando a interface de acesso ao meio.
O Bluetooth tem se difundido cada vez mais nos aparelhos desenvolvidos na atualidade. Ele une diversos dispositivos sendo eles de diferentes fabricantes e modelos,
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facilitando assim a comunicação no âmbito da tecnologia. Cada vez mais se vê aparelhos com o símbolo Bluetooth de comunicação estampado. Figura 7 – Símbolo do Bluetooth
FONTE: http://raandersonra.blogspot.com/2011/02/curiosidades-dos-simbolos-da-net.html
Na figura 7 acima, é possível ver o símbolo internacional para o Bluetooth. Esta tecnologia de comunicação opera na faixa de freqüência de 2,4 GHz, que é reservada pela ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) para equipamentos de radiação restrita, que não precisam de licença (SVERZUT, 2008, p. 423). A tabela abaixo mostra essa faixa de operação em diferentes partes do mundo: Tabela 1 – Frequências de atuação do Bluetooth em diferentes partes do mundo. Região Brasil Europa Estados Unidos Japão
Alocação de Freqüência 2,4 – 2,4835 GHz 2,4 – 2,4835 GHz 2,4 – 2,4835 GHz 2,471 – 2,497 GHz
Canais Bluetooth k = 0... 78 k = 0... 78 k = 0... 78 k = 0... 22
FONTE: Adaptado de SVERZUT (2008, p. 423)
Uma das características do Bluetooth que permite que vários dispositivos possam usar a mesma faixa do espectro de freqüência, é que o seu transmissor muda 1.600 vezes em um segundo o segmento de freqüência na qual transmite as informações. Dentro do intervalo de 2,4 a 2,5 GHz há 79 canais diferentes (que tem um espaçamento de um MHz) nos quais se pode transmitir, e o canal no qual se está transmitindo é mudado randomicamente de forma a permitir a comunicação de vários dispositivos diferentes (SVERZUT 2008, P. 423). A figura 8 abaixo esquematiza esta troca de freqüência de transmissão que ocorre com o Bluetooth. Figura 8 – Troca randômica de freqüência de transmissão na tecnologia Bluetooth.
FONTE: SVERZUT (2008, p. 423).
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A comunicação Bluetooth se dá através de redes piconet (figura 9). Estas redes são uma junção de vários dispositivos (no máximo oito) interligados de forma que a comunicação é gerida por um dispositivo mestre, sendo este o dispositivo que “chama” a comunicação. Figura 9 – Exemplo de rede piconet do Bluetooth.
FONTE: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialblue/pagina_1.asp
Além destas, o Sverzut (2008, p. 423) cita outras características importantes do Bluetooth. Técnica de espalhamento espectral com troca de freqüências (Spread Spectrum – Frequency Hopping – SS – FH): Permite que vários dispositivos utilizem a mesma freqüência no mesmo tempo; Taxa de transmissão de dados de até 1Mbits/s; Distância de dez a 100 metros com utilização de amplificadores; Transferência de voz e dados combinada no mesmo meio físico; Baixa potência: 0 dBm (distância de até dês metros) até 20 dBm (distância de até 100 m); Baixo custo;
Uma das características citadas que mais nos motivou à utilização desta forma de comunicação é o baixo custo. O Bluetooth é extremamente barato e de fácil acesso, o que facilitaria uma possível entrada do sistema proposto no mercado. Além disso, diferentemente de outras tecnologias de comunicação sem-fio, em termos de segurança, esta oferece a técnica de emparelhamento que só permite a comunicação entre dois dispositivos quaisquer com a execução do código de acesso (PIN), que abre a comunicação entre os dois módulos (SVERZUT, 2008, p.442).
2.4 COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232
A comunicação serial pode ser caracterizada como uma forma de troca de informações em que se transmite e se recebe cada bit (nível lógico 0 ou 1) da “mensagem” por vez. Esta
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difere da comunicação serial no momento em que a segunda é exatamente o contrário da primeira, ou seja, todos os bits da informação que se deseja enviar são mandados de uma vez (LOPES, 2009). A topologia serial tem várias vantagens como, por exemplo, poder se utilizar nesta, cabos e fios mais extensos, o que no caso da comunicação paralela é inviável. Já a paralela tem como vantagem a taxa de transmissão de dados mais rápida do que a comunicação serial. Entende-se por protocolo de comunicação RS-232, uma forma de comunicação serial que possui certos mecanismos de forma a garantir que a informação enviada chegará ao seu destinatário sem interferências. O níveis lógicos digitais 0 e 1 correspondem no protocolo RS232 a tensões da ordem de +12 V e -12 V, respectivamente (SOARES, 2004). Além disso, Lopes (2009, p. 6) ratifica que junto com o byte (8 bits) enviado, são mandados bits de “start”, “stop” e de paridade, conceitos que não serão aprofundados, mas que no envio de certa informação, determinam o início da “mensagem”, o fim, e uma checagem da veracidade da informação que chegou ao receptor, como mostra a figura 10 abaixo: Figura 10 – Esquema de envio de um byte no protocolo RS-232
FONTE: http://ldev.wordpress.com/2009/04/18/rs-232/
Fisicamente, num computador qualquer esta comunicação é estabelecida através da porta serial “on-board”, vista na figura 11. Esta pode ser gerenciada por uma série de linguagens de programação, controlando assim, o seu fluxo de dados. Ela permite a comunicação do computador com o mundo externo. Figura 11 – Porta serial de um computador
FONTE: http://geekdevteam.blogspot.com/2011/04/liberando-porta-paralela-ou-serial.html
29
No seu esquema (figura 12 abaixo) percebemos a existência dos três pinos mais importantes na comunicação serial: o TX (Transmitted Data), RX (Received Data), e o Ground (referência – terra). A função do TX é exatamente transmitir as informações desejadas, através dele é que o fluxo de informações sai do computador. Por conseguinte, o RX é o pino pelo qual os dados são recebidos, sendo o Ground a tensão de referência – 0 V. Figura 12 – Pinagem da porta serial.
FONTE: Adaptado de http://www.professores.aedb.br/arlei/AEDB/Arquivos/rs232.pdf
Ao se comunicar serialmente também é necessário definir a taxa de transmissão em que os dados serão mandados, como por exemplo, 9600 bits/s. Essa taxa é chamada de Baud Rate, e precisa ser sempre estabelecida antes de se iniciar uma comunicação RS-232 (LOPES, 2009). Figura 13 – Fluxo de informações dos pinos TX e RX na comunicação serial.
FONTE: http://ldev.files.wordpress.com/2009/04/redes1.png
A figura 13 acima esquematiza uma transferência de dados numa comunicação serial com protocolo RS-232. Sendo a função do TX enviar os bits e a do RX receber, infere-se que seus sentidos de passagem de dados serão contrários.
A explanação de tal protocolo de comunicação se faz necessária, porque os módulos Bluetooth utilizados no protótipo experimental, quando conectados um ao outro, operarão exatamente da mesma forma que uma comunicação serial, diferindo apenas na utilização de fios ou cabos que não serão necessários, pois a comunicação será wireless (sem-fio). Em termos técnicos, podemos dizer que o módulo Bluetooth conectado ao PC “emula” uma porta serial RS-232, ou seja, funciona da mesma forma e com as mesmas características e mecanismos que uma.
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CAPITULO 3
3 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO E DESENVOLVIDO
3.1 O CIRCUITO DA CENTRAL DE AUTOMAÇÃO
Como já explanado anteriormente, a Central de Automação desenvolvida tem a função de coordenar o acionamento dos dispositivos da residência em função de comandos recebidos via Bluetooth. Para isso se utiliza de um microcontrolador (PIC18F4520) que recebe tais comandos, e de acordo com eles aciona determinados equipamentos acoplados a ele. Tendo em vista que por si só o microcontrolador não tem como acionar estes aparelhos, devido ao fato de ele trabalhar com baixas tensões (de nível lógico), foi construído também um circuito de interface que pudesse realizar tal tarefa. Ou seja, este circuito de interface ou circuito de potência faria a conexão entre a parte de baixa potência da Central e a parte de alta potência (valores maiores de tensão e corrente) utilizando-se de transistores e relés para isso. Figura 14 – Diagrama de blocos do funcionamento da Central de Automação Residencial
FONTE: Ilustração dos autores.
Como ilustra a figura 14, o funcionamento do circuito da Central de Automação pode ser divido em três aspectos. Primeiramente, são recebidos sinais ou informações via Bluetooth, sinais estes que, por sua vez, são provenientes do outro módulo Bluetooth acoplado ao PC e gerenciado pela interface gráfica do MATLAB. Estes sinais são enviados para o microcontrolador através do protocolo de comunicação serial RS-232 (PEREIRA, 2005, p. 230). Assim, o microcontrolador entende estas informações, de forma a saber o que fazer frente a elas, ou seja, ele sabe quando deve acionar este ou aquele dispositivo.
31
Imagem 1 – Central de Automação Residencial desenvolvida.
FONTE: Fotografia retirada pelos autores.
Como se vê na figura acima é possível dividir o circuito da Central de Automação em três partes distintas para entendê-lo melhor: o circuito do microcontrolador (parte “inteligente”), o circuito de potência para acionamento dos equipamentos, e a conexão com o Bluetooth que envia informações para o microcontrolador. Será descrito a seguir com mais detalhes, o funcionamento do módulo Bluetooth da Central de Automação, explicando sua operação dentro do circuito como um todo.
3.1.1 O módulo Bluetooth da Central de Automação.
Para haver a comunicação entre o computador pessoal portátil e o microcontrolador PIC18F4520 da Central de Automação, era necessária a instalação de um módulo Bluetooth. Este teria a função de receber as informações enviadas pelo Bluetooth do PC e repassá-las ao microcontrolador via protocolo RS-232. Sendo assim, a escolha deste módulo ficaria dependente do fato dele possuir, ou não, o suporte para RS-232 e de suas características físicas: se estas se encaixavam, ou não, à sua função no projeto. Considerando tais variáveis, o Bluetooth escolhido para o nosso projeto foi o HC-06.
32
Figura 15 – Módulo Bluetooth HC-06.
FONTE: Manual do Fabricante do dispositivo (Guangzhou HC Information Technology Co, Ltda.).
Este é um módulo bastante pequeno e portátil, fabricado pela Guangzhou HC Information Technology. Sua alimentação é feita com 3.3 V (Guangzhou HC Information Technology, 2011). Ele foi escolhido por atender às nossas necessidades em termos de comunicação e baixo custo. Tabela 2 – Pinagem do módulo Bluetooth HC-06.
FONTE: Manual do Fabricante do dispositivo (Guangzhou HC Information Technology Co., Ltd.)
33
A ilustração anterior mostra a pinagem do módulo Bluetooth utilizado. De todos estes pinos, os utilizados foram os seguintes: GND – Terra VCC (3.3 V) – Alimentação do módulo TX – Pino de transmissão de dados RX – Pino de recepção de dados PIO 11 – Pino que (em alta ou em baixa) determina o modo de operação do Bluetooth A ligação do PIO 11 em 1 (3.3 V) ou em 0 (0 V), determina o seu modo de operação. Para configurar o Bluetooth é preciso deixar este pino em alta, mas para utilizá-lo na transmissão de dados, é preciso deixá-lo em baixa (Guangzhou HC Information Technology, 2011). Já o TX e o RX são exatamente os pinos utilizados para a comunicação serial RS-232. Figura 16 – Janela do Hyperterminal com exemplo de configuração do Bluetooth.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
Antes de utilizar o HC-06 foi necessário configurá-lo. A figura acima mostra a plataforma Hyperterminal de comunicação serial. É por meio desta que a configuração do Bluetooth é feita. Através de comandos AT (comandos de configuração) é possível determinar uma série de parâmetros necessários ao Bluetooth antes da sua inicialização (Guangzhou HC Information Technology, 2011).
34
Figura 17 – Circuito montado para configuração do módulo Bluetooth.
FONTE: Adaptado do Manual do Fabricante do dispositivo (Guangzhou HC Information Technology Co., Ltd.)
Como mostra a figura 17 acima, se faz necessário montar um circuito para a configuração do módulo Bluetooth pelo Hyperterminal. Os comandos AT mencionados anteriormente são informados e especificados no manual do fabricante do módulo Bluetooth, dizendo tudo o que é necessário à configuração do módulo em questão. Tais comandos configuram o módulo Bluetooth mudando o seu nome, seu código de acesso, entre outros parâmetros (Guangzhou HC Information Technology, 2011). À primeira instância, o que se faria para comunicar a porta serial do computador com o módulo HC-06 e assim configurá-lo, seria ligar o TX (envia informações) da porta serial do computador no RX (recebe informações) do Bluetooth, e vice-versa, para assim estabelecer a comunicação entre os dois. Porém como já dito anteriormente, a porta RS-232 do computador trabalha com tensões de +12 V e –12 V para os níveis lógicos 0 e 1, respectivamente, diferentemente do módulo Bluetooth utilizado que trabalha com lógica TTL (Transistor-Transistor Logic) nos níveis 0 e 1 que, neste caso, são 0 V e 3.3 V. É necessário assim um circuito que converta essas tensões da ordem de +12 V e –12 V numa lógica TTL para 0 V e 3.3 V. Utiliza-se assim o CI MAX232, que é justamente quem faz essa transformação. Normalmente, o MAX232 converteria a lógica da comunicação RS-232 numa lógica TTL em que os níveis de tensão seriam o padrão digital (0 V e 5 V). Porém, precisávamos ter essa mesma lógica com uma única mudança de se utilizar no lugar do 5 V, uma tensão de 3.3V, do contrário o módulo HC06 seria danificado. Tal problema foi resolvido alimentando o MAX-232 com uma tensão de 3.3V, o que o faz trabalhar com esta tensão como referência TTL para o nível lógico 1.
35
Com o módulo Bluetooth configurado, Bastava apenas estabelecer sua comunicação com o microcontrolador utilizado, que é o PIC18F4520. Figura 18 – Esquema da comunicação entre o PIC e o HC-06.
FONTE: Adaptado do Datasheet do PIC18F4520 e do manual do HC-06.
A figura 18 esquematiza a comunicação entre o PIC e o módulo HC-06 é feita ligando-se o RX do Bluetooth ao TX do PIC e vice-versa, alimentando-se também o microcontrolador com uma tensão de 3.3V. Existia a necessidade de alimentar o PIC com uma tensão de 3.3V, uma vez que desse modo sua referência TTL também passaria a ser 0 V3.3 V, do contrário, alimentando o PIC com a tensão padrão de 5V, o módulo Bluetooth também seria danificado quando estabelecida a comunicação serial.
3.1.2 O Funcionamento do Microcontrolador PIC18F4520 na Central de Automação. Na Central de Automação, era necessário haver um componente que “entendesse” o que se estava dizendo para ele via comunicação serial RS-232 do Bluetooth, e em função dos dados recebidos nesta comunicação, acionasse os equipamentos acoplados à Central utilizando o circuito de potência. Esta é exatamente a descrição da função do PIC18F4520 no projeto.
36
Figura 19 – Diagrama de sinais do sistema da Central.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
Como vemos no diagrama de sinais da imagem acima, a comunicação entre o Bluetooth e o microcontrolador é serial, utilizando o protocolo RS-232. O PIC18F4520 possui dois pinos para estabelecer tal comunicação, o TX (pino 25) e o RX (pino 26). Para se estabelecer esta comunicação no PIC por software, é preciso utilizar os respectivos registradores do PIC relacionados a esta comunicação (PEREIRA, 2010, p. 226). Entender a fundo os registradores ligados ao uso da porta serial do PIC em questão não foi necessário, pois o próprio compilador utilizado (MikroC) possui instruções e bibliotecas específicas para realizar esta tarefa. Os dados de saída a que se refere a figura em questão, são os 8 bits da Porta D. Os microcontroladores além de outros adereços, possuem portas de saída de dados. Estas são compostas de 8 bits (1 byte) e servem tanto receber dados como enviá-los (PEREIRA, 2010, p. 193). Figura 20 – Exemplo de acionamento de LED na porta D com MikroC.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores no Proteus e MikroC.
37
O PIC18F4520 possui cinco portas de envio e recebimento de dados (A, B, C, D, E), destas, nesse projeto foi usada a porta D como saída, a fim de se fornecer os “gatilhos” necessários para o circuito de potência acionar os equipamentos controlados pelo sistema. Um esquema do funcionamento da porta D do microcontrolador pode ser visto na figura acima (figura 20). O esquema mostra que ao se dar, por software, o comando “output_D (1);”, o LED ligado ao pinos D0 da porta D é acionado. O programa desenvolvido para o microcontrolador da Central pode ser visto no apêndice A. As principais instruções do programa foram enumeradas a fim de facilitar o entendimento do mesmo. De forma simples, esse firmware posto dentro do microcontrolador pode ser entendido da seguinte maneira: Ele inicia a comunicação serial com a instrução número1. Na instrução número 2, associam-se a uma variável “x”, caracteres recebidos pela porta serial. Por fim, a instrução número 3 executa diferentes comandos em função dos diferentes caracteres recebidos pela porta serial e associados a “x”. Figura 21 – No firmware desenvolvido, cada caractere recebido é associado a um pino de saída da porta D do microcontrolador.
FONTE: Adaptado do Datasheet da MICROCHIP, empresa fabricante do PIC18F4520.
38
A figura acima exemplifica um comando executado pelo PIC em função de um caractere recebido por ele. Este último passo três mencionado anteriormente é exatamente o que faz com que diferentes botões virtuais apertados na interface gráfica do MATLAB, liguem e desliguem diferentes aparelhos acoplados à Central. Isto acontece porque como será visto mais a frente, cada botão da interface está associado a um caractere que será enviado pelo Bluetooth do PC. Da mesma maneira, cada pino da porta D do microcontrolador ligado no circuito de potência para acionamento, como exemplifica a figura 21, está associado a um caractere que seria recebido pelo Bluetooth da Central na comunicação serial. Desse modo se torna possível o acionamento de diferentes equipamentos por parte do microcontrolador, em função do que é recebido via Bluetooth.
3.1.3 O circuito de potência para acionamento dos dispositivos
Quando se trabalha com tensões e correntes de baixa amplitude, de nível lógico, se faz necessário utilizar um circuito de potência para acionamento de equipamentos com tal característica. Também chamado de circuito de interface, esta topologia eletrônica tem o objetivo de fazer a conexão entre a parte de baixa potência de um determinado projeto, e a parte de maior potência (LOPES, 2009). Figura 22 – Exemplo clássico de um circuito de potência.
FONTE: http://thalesnicoleti.blogspot.com/2010_07_01_archive.html
O esquema mostrado acima é um exemplo de um circuito de potência. Através de um dado gatilho de baixa potência no ponto E, é possível acionar um equipamento com uma potência maior ligados nos terminais A e B. Isso é possível devido às características dos dois principais componentes utilizados neste circuito: o transistor e o relé.
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Figura 23 – Símbolo gráfico do transistor.
FONTE: Adaptado de http://en.wikipedia.org/wiki/Transistor
O transistor de junção bipolar (mostrado na figura 23) pode ser definido como o principal componente na área da eletrônica. Sua invenção revolucionou a tecnologia, substituindo as válvulas, sendo mais eficiente e ocupando menos espaço nos equipamentos (BOYLESTAD, 2006). Trata-se de um dispositivo que amplifica a corrente da sua malha de base, fornecendo na saída - malha de coletor - uma corrente que é “beta” vezes maior que a corrente de entrada (BOYLESTAD, 2006). Este “beta” é exatamente o que faz com que se possa operar um dispositivo de potência maior na malha de coletor, através de baixos valores de tensão e corrente na base, como mostra a figura 24 abaixo: Figura 24 – Esquema da utilização do transistor para acionar um relé
FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
40
Tais características tornam este componente útil ao circuito de potência da Central de Automação. Ligando-se o pino de saída do microcontrolador - que não pode fornecer correntes tão altas - na base de um transistor, é possível acionar um relé cuja bobina seja alimentada pela corrente do coletor, que devido às características do transistor será maior (figura 24). O relé é um componente eletromecânico que tem a função de “fechar” um circuito ou “abri-lo”. Esta chave irá abrir ou fechar sob certas condições estabelecidas. Ele se baseia no princípio físico do campo magnético gerado por uma corrente elétrica (FERRARO e SOARES, 2003). O seu funcionamento pode ser entendido melhor no esquema abaixo: Figura 25 – Funcionamento do relé.
FONTE: Adaptado de http://kazor-pt.blogspot.com/2008_07_01_archive.html
Como mostra a figura, a bobina do relé quando alimentada gera um campo magnético que movimenta o contato, fazendo com que a posição deste seja mudada e o circuito que antes estava aberto, se feche. Do mesmo modo, o circuito que antes era fechado, se abre. Ou seja, é possível controlar o acionamento de um dispositivo que esteja conectado a estes terminais do relé em função da alimentação ou não da bobina. Sendo esta bobina ligada no coletor de um transistor e essa corrente de coletor sendo controlada pela base, deduz-se logicamente que o
41
acionamento do dispositivo em questão, fica dependente do estado do pino do microcontrolador (em alta ou em baixa) que está ligado na base do transistor, sendo esta descrição, o funcionamento do circuito de potência empregado no projeto. No uso de um relé nestas condições, sempre se faz necessário utilizar um diodo em paralelo com a sua bobina (figura 24) e inversamente polarizado. Isto acontece devido ao princípio de funcionamento do indutor que se opõe á variação de tensão nele imposta e gera uma tensão contrária a da fonte no momento em que esta é ligada (FERRARO e SOARES, 2003). O diodo impede que a corrente no sentido contrário danifique o transistor.
3.1.4 Finalização experimental da Central de Automação
Considerando todas as partes do projeto, a finalização do circuito completo da Central de Automação se deu na junção de todos estes adereços a uma única placa de circuito impresso, alimentada com 12 V e com um conector para o acoplamento do Bluetooth à mesma. Esta pode ser pode ser vista novamente abaixo, nas imagens 2 e 3: Imagem 2 – Placa da Central de Automação finalizada.
FONTE: Fotografia retirada pelos autores.
Imagem 3 – Módulo Bluetooth utilizado pela Central de Automação.
FONTE: Fotografia retirada pelos autores.
42
O desenvolvimento experimental da placa de circuito impresso da Central de Automação Residencial foi feito no simulador Proteus, considerando todos os aspectos estudados previamente e todas as partes que tal placa deveria conter (circuito do microcontrolador, conexão com Bluetooth, circuito de potência).
RL 1.1
JOHNY WHALLYSON KELSON GOMES
RL 1.2
RESET DO BLUETOOTH P2 R9 10k
Reset - Bluetooth
VO
Q2
VO
OUT 1.1 OUT 1.2
R8
TBLOCK-I2
12 V
J6 OUT 6.1 OUT 6.2
1 2
Q7
Q1
RL 7.1
RL 6.1
RL 5.1
RL 4.1
RL 3.1
RL 2.1
J3
D5
D6
D7
1N4148
1N4148
1N4148
1N4148
Q1 BC549
Q2
Q2 BC549
Q3
Q3 BC549
Q4
Q4 BC549
Q5
Q5 BC549
Q6
Q6 BC549
Q7
RL 7.2
D4
1N4148
RL 6.2
D3
1N4148
RL 5.2
D2
1N4148
RL 4.2
1k D6
OUT 6.2
TBLOCK-I2
OUT 2.1 OUT 2.2
D1
RL 3.2
Q6
RL 2.2
RL 1.2
R7
1 2
1 2
TBLOCK-I2
Q5
1k D5
J5 OUT 5.1 OUT 5.2
1 2
2
3 5V
J2
12 V
12 V
12 V
12 V
12 V
Q4
RL 1.1
R6
OUT 7.1
J1
VI
1k D4
OUT 5.2
OUT 6.1
OUT 1.2
AMS1117 1
CIRCUITO DE INTERFACE COM TRANSISTORES 12 V
D3
RL4
U3
Q3
1k
R5
RL 7.2
REGULADOR DE TENSÃO PARA 3.3V
26630201RP2
2
R4
12V
RL 3.2
1 2 3
RL7
12V
12V
1 2
1k D2
RL 7.1
RL3
RL 4.2
J10
3 5V
GND
D1
VI
RELÉS DE ACIONAMENTO
RL 4.1
ALIMENTAÇÃO 12 V
7805 1
12V RL 6.2
RL 3.1
25630301RP2
PIC18F4520
U2 12 V
JUMP PIO 11 J8
8 9 10 1 Reset
RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 RE3/MCLR/VPP
12 V
1k
TX RX
PIO 11
RL6
12V 25630501RP2
19 D0 20 D1 21 D2 22 D3 27 D4 28 D5 29 D6 30
RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5/P1B RD6/PSP6/P1C RD7/PSP7/P1D
REGULADOR DE TENSÃO PARA 5V
RESISTORES DE BASE R2 D0 Q1
R3
RB0/AN12/FLT0/INT0 RB1/AN10/INT1 RB2/AN8/INT2 RB3/AN9/CCP2A RB4/KBI0/AN11 RB5/KBI1/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD
RL 6.1
RL2
RL 2.2
OUT 7.2
10k
RL 2.1
OUT 4.1
Reset
12V
OUT 4.2
RESET DO PIC P1 R1
15 16 17 18 23 24 25 26
RA0/AN0/C1INRC0/T1OSO/T13CKI RA1/AN1/C2INRC1/T1OSI/CCP2B RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT
1 2 3 4 5
RX TX
OUT 2.2
2 3 4 5 6 7 OSC 2 14 13 OSC 1 33 34 35 36 37 38 39 40
PIO 11
OUT 2.1
MICROCONTROLADOR PIC 18F4520 U1
22pF
BLUETOOTH J9
OUT 3.1
OSC 1
CRYSTAL FREQ=8MHz
RL5
RL 5.2
OUT 3.2
X1 C2
RL 5.1
RL1 12V
GND
22pF
CIRCUITO DA CENTRAL DE AUTOMAÇÃO Reset - Bluetooth
OSC 2
CIRCUITO DO CRYSTAL C1
OUT 5.1
OUT 1.1
Figura 26 – Esquema do Circuito da Central feito no Proteus
OUT 3.1 OUT 3.2
TBLOCK-I2
CONECTORES BORNE KREJ7 OUT 7.1 OUT 7.2
1 2 TBLOCK-I2
1 2 TBLOCK-I2
J4 Q7 BC549
1k
OUT 4.1 OUT 4.2
1 2 TBLOCK-I2
FONTE: Ilustração produzida pelos autores com a ferramenta ISIS do Proteus.
O circuito do esquema mostrado acima na figura 26 reúne todos os componentes necessários para a Central, sejam estes relacionados ao microcontrolador, ao circuito de potência ou ao Bluetooth. Como já mencionado, este circuito foi projetado para ser alimentado com uma fonte de tensão de 12 V. Considerando que o PIC 18F4520 e o módulo Bluetooth HC-06 devem serão alimentados com uma tensão de 3.3 V, fazia-se necessário a existência de um circuito regulador de tensão na placa que fizesse a conversão de 12 V para 3.3 V. Este se dá em duas etapas, na primeira a tensão é convertida de 12 V para 5 V com o uso do CI LM7805. Na segunda, a tensão é convertida de 5 V para 3.3 V com o uso do CI AMS1117, fabricado na tecnologia SMD (Surface Mounted Device). Os relés utilizados são de 12 V, ou seja, sua bobina é alimentada por 12 V quando o PIC determina o acionamento do
43
equipamento nele acoplado. Também é possível perceber na figura 26, a presença de conectores do tipo Borne KRE, estes servem para a conexão do aparelho ao respectivo relé. As partes da placa que se relacionam com o microcontrolador são o “Reset do PIC” e o “Circuito do cristal oscilador”, cuja função é reiniciar o funcionamento do PIC e gerar o clock de operação do microcontrolador em questão, respectivamente (PEREIRA, 2010). Também há um jump presente na placa cujo objetivo é alternar os modos de “configuração” e “operação” do Bluetooth, algo que acontece quando se muda o estado do pino PIO 11 do módulo HC-06 para alto (1) ou baixo (0). Com relação à parte do circuito de potência da placa, necessária ao acionamento dos dispositivos como explicado anteriormente, há sete resistores de 1 K, sete transistores BC549, sete diodos 1N4148 e sete relés. Figura 27 – Circuito da Central quando exportado do ISIS para o ARES no Proteus.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores utilizando a ferramenta ARES do Proteus.
A imagem acima mostra o circuito da Central quando foi exportado da ferramenta ISIS para o ARES do Proteus. Este último tem a função de gerar um lay-out para o circuito em questão, facilitando assim a sua fabricação.
3.2 A INTERFACE GRÁFICA CRIADA NO MATLAB
44
Para operar o sistema proposto e trazer as facilidades no acionamento de dispositivos domésticos mencionadas inicialmente, se fazia necessária a criação de uma interface no computador que controlasse o módulo Bluetooth acoplado no mesmo, enviando comandos de controle à Central de Automação e assim acionando os equipamentos em questão, como mostra a figura 28: Figura 28 – Funcionamento do sistema proposto com a interface gráfica.
FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
Esta interface foi criada no MATLAB com o auxílio do utilitário GUIDE (MATSUMOTO, 2007, p. 317). Ela controla e gerencia o fluxo de dados do Bluetooth V2.0 + EDR (Bluetooth USB). Como o programa desenvolvido para o microcontrolador aciona os equipamentos em função de caracteres recebidos via comunicação RS-232, o objetivo desta interface criada seria enviar os respectivos caracteres de acionamento dos equipamentos a serem ligados ou desligados. Isto deveria acontecer de modo que quando a interface, através de um botão virtual, enviasse o caractere “A”, por exemplo, para a Central de Automação, esta receberia este caractere e saberia exatamente qual dispositivo deveria acionar. Ou seja, foi criado certo protocolo para se acionar os dispositivos, protocolo este que determina a correspondência entre a mensagem recebida e a ação que esta deve produzir. A seguir, é mostrada uma tabela que identifica os caracteres correspondentes ao “ligar” e “desligar” dos dispositivos na Central de Automação desenvolvida.
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Tabela 3 – Correspondência entre caracteres recebidos e ações que estes devem produzir. CARACTERE FUNÇÃO "A" LIGAR D0 "B" LIGAR D1 "C" LIGAR D2 "D" LIGAR D3 "E" LIGAR D4 "F" LIGAR D5 "G" LIGAR D6 "0" DESLIGAR D0 "1" DESLIGAR D1 "2" DESLIGAR D2 "3" DESLIGAR D3 "4" DESLIGAR D4 "5" DESLIGAR D5 "6" DESLIGAR D6 FONTE: Ilustração produzida pelos autores.
Considerando o protocolo criado, e considerando também que o objetivo da interface gráfica seria facilitar o acionamento destes dispositivos através de botões virtuais, o que foi feito foi exatamente associar cada botão da interface, seja de ligar ou desligar, a um caractere a ser enviado. Dessa forma, ao pressionar um botão na interface, o usuário estaria enviando via Bluetooth, um caractere a ser interpretado pela Central, tendo como conseqüência o acionamento de determinado equipamento. O código do programa da interface está presente no apêndice B e a imagem dela pode ser vista a seguir:
Figura 29: Interface criada para acionamento de dispositivos.
FONTE: Ilustração criada pelos autores.
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Como mostra a figura anterior, a interface dispõe de quinze botões virtuais, sendo sete para ligar e sete para desligar os equipamentos acoplados à Central de Automação e outro botão “conectar” que inicia a comunicação com o Bluetooth da Central. No MATLAB com o utilitário GUIDE, a criação de um botão implica no surgimento de uma função específica para este no código do programa que será gerado. Esta função é conhecida como função “callback” (MATSUMOTO, 2007, p. 325). Ela funciona da seguinte maneira: quando o botão é pressionado, executam-se todas as instruções que estão dentro desta função callback associada ao botão (CHAPMAN, 2002, p. 397). Considerando que o botão “conectar” inicia a comunicação, as respectivas instruções que este deveria conter em sua função callback, seriam exatamente instruções iniciassem a comunicação serial, permitindo a troca de informações entre os dois módulos já pareados. É possível perceber no código do programa da interface (disponível no apêndice B), que esta comunicação é iniciada com a criação de um objeto associado ao módulo Bluetooth que emula uma porta serial naquele momento. Este objeto é declarado especificando-se a que porta serial ele está associado, seja ela COM1, COM2, COM3 e etc. Esta porta, por sua vez, pode ser conhecida quando é estabelecido o pareamento dos módulos Bluetooth, sendo informada pelo painel de controle do PC. Os demais botões de acionamento contém em suas funções callback, uma instrução de comando para enviar um determinado caractere pela porta serial, como já especificado anteriormente. A criação desta interface é justamente o que facilita o acionamento dos dispositivos da casa, pois com o sistema proposto, para ligar a lâmpada da varanda da residência, por exemplo, bastaria apenas pressionar um botão numa interface no computador. Esta é exatamente a facilidade que o protótipo experimental criado traz aos portadores de necessidades especiais: o fato de não ser necessário se deslocar até determinado cômodo para acionar um equipamento.
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CAPÍTULO 4
4 VANTAGENS, DESVANTAGENS E POSSÍVEIS MELHORIAS NO PROJETO
O sistema desenvolvido apresenta uma série de vantagens com relação a outros no ramo da automação residencial. Primeiramente pode-se constatar que ele permite o fácil acionamento dos dispositivos da rede elétrica da casa, utilizando uma interface num computador, gerando acessibilidade aos portadores de necessidades especiais. Atualmente, o uso de computador tem se tornado freqüente nas residências brasileiras e em todo o mundo, uma vez que nele se podem realizar tarefas relacionadas ao trabalho, estudos, assim como lazer e cultura. Desse modo o sistema se adéqua ao cotidiano dos indivíduos moradores da casa, pois permite o acionamento de equipamentos da residência utilizando um instrumento que já faz parte do dia-a-dia da convivência nos lares. Gráfico 1 – Meio pelo qual os usuários desejariam controlar os artefatos residenciais.
FONTE: Gráfico retirado de (TERUEL e NOVELLI FILHO, p. 3)
O gráfico acima mostra uma pesquisa quantitativa realizada para se descobrir através de qual meio ou dispositivo os usuários de um sistema de domótica desejariam operar as funções de automação da casa. Os dispositivos mais cotados no gráfico em questão seriam os computadores e celulares (TERUEL e NOVELLI FILHO, p. 3). Tendo isso em vista, e como
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já citado, o protótipo desenvolvido permite o acionamento dos dispositivos da casa através do computador, atendendo à demanda verificada na pesquisa. Além disso, no momento em que se utiliza da tecnologia Bluetooth para realizar tal tarefa, o sistema desenvolvido abre novas fronteiras para novos dispositivos com interface de acionamento. Poder-se-ia facilmente adequar o circuito projetado para acionar os mesmo equipamentos de potencia da residência, através de celulares do tipo Smartphone, por exemplo, uma vez que tais dispositivos também dispõem da tecnologia Bluetooth no seu funcionamento. Gráfico 2 – Escolha dos equipamentos prioritários para automatização.
FONTE: Gráfico retirado de (TERUEL e NOVELLI FILHO, p. 2)
Além destas, o protótipo experimental criado ainda tem a vantagem de poder acionar todo e qualquer equipamento que seja ligado na rede elétrica da casa. Tal característica atende à demanda dos clientes usuários de um sistema de automação residencial como mostra o gráfico 2 acima. Neste gráfico, percebe-se que os aparelhos cuja automatização é mais solicitada são, dentre outros, as lâmpadas, TVs, Condicionadores de ar e equipamentos de som (TERUEL e NOVELLI FILHO, p. 2). O sistema desenvolvido é capaz de gerenciar o funcionamento de qualquer um destes dispositivos citados. Conclui-se assim, que as vantagens deste projeto experimental para a automação das residências são muitas, além do que, este pode servir de base para outros projetos na mesma área, abrindo assim novos horizontes no uso de tecnologias para a automação das residências.
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Ainda assim, o sistema desenvolvido apresenta certas desvantagens, tanto em termos de funcionamento, como no uso das tecnologias aqui propostas. A conexão Bluetooth através da interface MATLAB apresentou alguns defeitos durante testes realizados. Isso se deve ao fato de que o MATLAB enquanto gerenciador da porta serial do Bluetooth acoplado ao PC, por alguma razão não identificada, não consegue estabelecer uma comunicação de tão boa qualidade como se esperava, não atendendo à sensibilidade de comunicação Bluetooth exigia. Além de trazer alguns problemas no início da conexão (pressionamento do botão “conectar”), a interface por vezes, finalizava a comunicação com o Bluetooth da Central de Automação. O problema citado poderia ser resolvido estudando-se mais a fundo o funcionamento da comunicação serial com o MATLAB, principalmente no que se refere ao uso de dispositivos Bluetooth que emulam a comunicação RS-232. Além desta desvantagem, com o sistema criado, seria necessário que todos os fios que alimentam os respectivos aparelhos da casa passassem pelo circuito da Central da Automação, a fim de serem controlados por ela, o que poderia revelar uma não praticidade na instalação do protótipo numa residência. Considerando as vantagens e desvantagens especificadas anteriormente, conclui-se que com mais alguns ajustes o sistema poderia ser facilmente implantado numa residência, gerando conforto e facilidades aos indivíduos moradores do lar e especificamente aos portadores de necessidades especiais da mesma, satisfazendo os objetivos propostos inicialmente. Refletindo sobre possíveis melhorias no projeto em questão, também se verificou que o mesmo abre uma série de novas possibilidades no uso de tecnologias para automação residencial. Como citado anteriormente, existe a possibilidade da utilização de outros dispositivos com Bluetooth para comunicação e controle da Central de Automação, como celulares, tablets, entre outros; uma vez que esta Central também utiliza um módulo Bluetooth (HC-06). A instalação de outros atuadores e sensores no sistema poderia deixar o gerenciamento de recursos da residência mais complexo e completo, além do acionamento de equipamentos. Poder-se-ia fazer com que a interface criada para o computador não só enviasse informações de comando (acionamento de equipamentos) como também recebesse informações da Central de automação, verificando o consumo da energia elétrica, temperatura do ambiente, câmeras de vigilância, dando avisos sobre a entrada de novos indivíduos na casa e etc. O projeto desenvolvido além de ser viável à implantação numa casa poderia ser incrementado em uma série de perspectivas, deixando-o mais complexo e proporcionando assim, a satisfação das necessidades dos usuários do sistema de automação residencial considerado.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Concluindo-se este projeto experimental pode-se considerar que a domótica realmente pode ser utilizada como um meio de geração de acessibilidade aos portadores de necessidades especiais. Especificamente, o nosso protótipo experimental desenvolvido se mostrou apto a realizar todas as tarefas propostas inicialmente. Apresentando suas vantagens e desvantagens, viu-se que além de atender aos objetivos que haviam sido propostos no começo do trabalho, este também abre novas possibilidades de uso de tecnologias semelhantes às utilizadas aqui para a automatização de uma residência. A idéia de facilitar aos portadores de necessiadades especiais, o acionamento dos dispositivos ligados na rede elétrica de uma residência, pôde ser concretizada neste projeto, mostrando ser possível o uso da tecnologia/engenharia, principalmente no que se refere à área da domótica, para a geração de conforto e acessibilidade aos indivíduos moradores de uma residência. Além destas contribuições, o presente trabalho pode servir de base a futuras pesquisas realizadas na área em questão, uma vez que o tema que envolve este projeto – a Automação Residencial – ainda apresenta poucas fontes bibliográficas que se possa utilizar para o aprofundamento de um estudo nesse campo. Uma das maiores dificuldades da propagação definitiva do mercado da automação residencial, ainda é o custo elevado dos sistemas existentes atualmente. O projeto desenvolvido mostrou também ser possível a automatização de uma residência num determinado aspecto (acionamento de dispositivos) sem se ter um custo inicial muito elevado, utilizando-se de instrumentos presentes no cotidiano da vivência nos lares, como o computador, para a sua operação. Considera-se assim, que no momento em que facilita a vida das pessoas com necessidades especiais, atendendo aos princípios de conforto e acessibilidade da domótica, o projeto desenvolvido mostra-se eficiente e promissor, principalmente no que se refere ao uso da tecnologia Bluetooth para o acionamento dos equipamentos de uma residência, descrição que foi proposta, desenvolvida e concretizada pelo trabalho em questão.
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REFERÊNCIAS
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SÍTIOS ELETRONICOS
[15] SOARES, Márcio José. Conectando um microcontrolador a um PC. Revista Eletrônica Total nº 102 de Setembro/Outubro de 2004. Disponível em http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/comunicacao_rs232_PIC.htm - Acesso em 13/01/2012. [16] TERUEL, Evandro Carlos, NOVELLI FILHO, Aristides. Automação Residencial: Pesquisa Quantitativa para Conhecer a Necessidade do Cliente. II Workshop de Pósgraduação e Pesquisa, 2007. Apresentação em Pôster. Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza. Disponível em: http://www.centropaulasouza.sp.gov.br/pos-graduacao/workshop-de-pos-graduacao-epesquisa/anais/2007/posteres/TERUEL,%20Evandro%20Carlos_2.pdf [17] LOPES, Luís Carlos Gâmboa. Programando para Controle de Dispositivos pelo Computador. Tutorial sobre controle de dispositivos. Centro Federal de Educação Tecnológica, Leopoldina, 2009. Disponível em: http://www.leopoldina.cefetmg.br/~gamboa/viewer.php?/tutoriais/accesshard/acesshard.pdf [18] http://www.4shared.com/office/lO1Huf-g/HC-06.html GUANGZHOU HC INFORMATION TECHNOLOGY. Module Bluetooth Model HC-06. Guangzhou, 2011. 17 páginas. Acesso em 14/01/2012. [19] http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/228/390068_DS.pdf FAIRCHILD SEMICONDUCTOR. KA78XX/KA78XXA: 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator. 2001. 29 páginas. Acesso em 05/12/2011. [20] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/f/0xwypjaz882icwuhol9cl7exy37y.pdf MICROCHIP. 18F2420/2520/4420/4520 Datasheet – 28/40/44-pin Enhanced Flash Microcontrollers with 10-Bit A/D and NanoWatt Technology. 2004. 388 páginas. Acesso em 14/01/2012. [21] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/max232.pdf MAXIM. +5V-Powered, Multichannel RS-232 Drivers/Receivers. 2003. 36 páginas. Acesso em 14/01/2012. [22] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/BC549.pdf PHILIPS. BC549;BC550 NPN General Purposes Transistors. 1999. 8 páginas. Acesso em 14/01/2012. [23] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/AdvancedMonolithicSystems/mXuxzrt.pdf AMS. 800mA Low Dropout Voltage Regulator. 7 páginas. Acesso em 14/01/2012.
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APÊNDICES
APÊNDICE A
// Kelson Gomes Santana e Johny Whallyson Alves da Silva // Trabalho de Conclusão de Curso // Automação Residencial: Acessibilidade no Acionamento de Dispositivos Domésticos // Circuito da Central de Automação Residencial // Programa a ser inserido no microcontrolador PIC18F4520
char x;
// Declaração da variável x do tipo char
void main() { TRISD = 0; PORTD = 255;
// Porta como saída // Inicialmente todos os bits da Porta D em alta
UART1_Init(38400); Delay_ms(100);
// Inicializa o módulo UART com 38400 bps (Instrução nº 1) // Espero módulo UART se estabilizar
UART1_Write_Text("Start"); PORTD=0;
// Estabelecida a comunicação, envia-se o string "Start"
// Todos os bits da porta D ficam em baixa
delay_ms(1000);
// Espera 1 s
PORTD=255;
// Todos os bits da porta D ficam em alta
delay_ms(1000);
// Espera 1 s
PORTD=0;
while (1) {
// Todos os bits da porta D ficam em baixa
// Laço infinito
if (UART1_Data_Ready())
// Se um dado for recebido:
{ x = UART1_Read(); UART1_Write(x);
// Associa-se x ao dado recebido (Instrução nº 2) // O que se recebeu e o que se envia (Eco)
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switch (x)
// Em função do valor x recebido, diferentes comandos são enviados
(Instrução nº 3) { case 'A': PORTD.RD0 = 0; break; case 'B': PORTD.RD1 = 0; break; case 'C': PORTD.RD2 = 0; break; case 'D': PORTD.RD3 = 0; break; case 'E': PORTD.RD4 = 0; break; case 'F': PORTD.RD5 = 0; break; case 'G': PORTD.RD6 = 0; break; case 'T': PORTD = 255; break;
case '0': PORTD.RD0 = 1; break; case '1': PORTD.RD1 = 1;
55
break; case '2': PORTD.RD2 = 1; break; case '3': PORTD.RD3 = 1; break; case '4': PORTD.RD4 = 1; break; case '5': PORTD.RD5 = 1; break; case '6': PORTD.RD6 = 1; break; case 'N': PORTD = 0; break; default : break; }
} } }
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APÊNDICE B % Kelson Gomes Santana e Johny Whallyson Alves da Silva % Trabalho de Conclusão de Curso % Automação Residencial: Acessibilidade no Acionamento de Dispositivos Domésticos com Bluetooth % Código da Interface Gráfica do MATLAB
function varargout = untitled(varargin) % Função Principal do programa gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @untitled_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end
function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject; guidata(hObject, handles);
function varargout = untitled_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output;
function ON_D0_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D0 global s; fprintf(s, '%s', 'A');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D0_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D0
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global s; fprintf(s, '%s', '0');
guidata(hObject, handles);
function ON_D1_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D1
global s; fprintf(s, '%s', 'B');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D1_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D1
global s; fprintf(s, '%s', '1');
guidata(hObject, handles);
function ON_D2_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D2
global s; fprintf(s, '%s', 'C'); guidata(hObject, handles);
function OFF_D2_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D2 global s; fprintf(s, '%s', '2');
guidata(hObject, handles);
function ON_D3_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D3
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global s; fprintf(s, '%s', 'D');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D3_Callback(hObject, eventdata, handles)% DESLIGA O D3
global s; fprintf(s, '%s', '3');
guidata(hObject, handles);
function ON_D4_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D4
global s; fprintf(s, '%s', 'E');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D4_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D4 global s; fprintf(s, '%s', '4');
guidata(hObject, handles);
function ON_D5_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D5 global s; fprintf(s, '%s', 'F');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D5_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D5
59
global s; fprintf(s, '%s', '5');
guidata(hObject, handles);
function ON_D6_Callback(hObject, eventdata, handles) % LIGA O D6
global s; fprintf(s, '%s', 'G');
guidata(hObject, handles);
function OFF_D6_Callback(hObject, eventdata, handles) % DESLIGA O D6
global s; fprintf(s, '%s', '6');
guidata(hObject, handles);
function conectar_Callback(hObject, eventdata, handles) % FUNÇÃO DO BOTÃO CONECTAR global s; global x; global y; x = 0; if (y==1) x = 1; end if (x==0) s = serial('COM17'); % DECLARA-SE O OBJETO SERIAL fopen(s); % A COMUNICAÇÃO É ABERTA y=1; end guidata(hObject, handles);
