SISTEMA DE MONITORAMENTO AUTOMATIZADO

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XX Encontro Latino Americano de Iniciação Científica, XVI Encontro Latino Americano de Pós-Graduação e VI

Encontro de Iniciação à Docência – Universidade do Vale do Paraíba. 1

SISTEMA DE MONITORAMENTO AUTOMATIZADO

Aline da Mota Goulart

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_{, Raiane Viana de Souza}

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_{, Valdir Gil Pillat}

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1_{UNIVAP/FEAU, Av. Shishima Hifumi, 2911, Urbanova, S.J.Campos – SP, aline.mgoulart@gmail.com} 2_{UNIVAP/FEAU, Av. Shishima Hifumi, 2911, Urbanova, S.J.Campos – SP, raianevianas@gmail.com}

3_{UNIVAP/FEAU, Av. Shishima Hifumi, 2911, Urbanova, S.J.Campos – SP, valdirgp@univap.br} Resumo – Atualmente existe uma grande necessidade de ter sistemas que auxiliem no

monitoramento de ambientes, por exemplo: uma residência; permitindo assim que o usuário possa controlar e ter acesso a tudo que acontece quando o mesmo estiver ausente. Este projeto propõe realizar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento automatizado, cujo objetivo é identificar a presença de pessoas e capturar temperaturas de um ambiente. O sistema é composto por um microcontrolador Arduíno, no qual estará acoplado: uma Webcam, sensores de presença e temperatura e um módulo wifi, que possibilitará o envio dos dados capturados ao servidor web. No protótipo desenvolvido foram implantados todos os recursos definidos com base nos requisitos do usuário, dentre os quais podem-se destacar: permitir detectar a presença de pessoas em ambiente, capturar imagens, capturar temperatura em um intervalo de tempo específico e enviar todos os dados para o servidor; permitir que o usuário visualize as informações capturadas através de um site; gerar relatórios e gráficos com as informações capturadas e permitir que o usuário exporte as informações em formato de arquivo.

Palavras-chave:Automação Residencial, Microcontrolador Arduino, Linguagem C, Sensores.

Área do Conhecimento: Ciências e Tecnologias Introdução

A automação residencial de acordo com Muratouri e Bó (2016), “é o conjunto de serviços proporcionados por sistemas tecnológicos integrados como o melhor meio de satisfazer as necessidades básicas de segurança, comunicação, gestão energética e conforto de uma habitação”. Desde a década de 70, nos EUA (Estados Unidos da América), a automação residencial surgiu com a criação de módulos, cujo objetivo era através da rede elétrica enviar comandos que permitiam acender ou desligar remotamente pontos de luz de residências. A partir da década de 80, com o surgimento de novas tecnologias como os computadores de uso pessoal, a Internet e a telefonia móvel, e também com o aumento da violência urbana, passou a se ter um maior apelo para a utilização deste tipo de sistema.

Os sistemas de automação residenciais possuem diversas funcionalidades, dentre as quais se podem citar:

- Monitoramento das áreas residenciais: por meio do uso de câmeras e sensores de presença é possível monitorar e enviar as imagens captadas para a WEB permitindo ao usuário visualizar estas informações em tempo real;

- Controle de acesso: permite que possa realizar um controle e identificação de todas as pessoas que entram e saiam da residência por meio de dispositivos como a biometria, identificação das digitais da pessoa e o uso de câmeras;

- Acionamento Automatizado: permite através do uso de celulares com apenas um toque o usuário pode, por exemplo, abrir o portão da residência, acionar um dispositivo de iluminação, ligar / desligar um equipamento elétrico entre outros;

- Alarmes técnicos: com a utilização de sensores de temperatura, presença, fumaça entre outros é possível identificar algum problema e o usuário ser notificado rapidamente por meio de envio de uma mensagem em SMS, e-mail ou um alerta sonoro.

Atualmente existe uma grande necessidade de ter sistemas que auxiliem no monitoramento de ambientes, por exemplo: uma residência; permitindo assim que o usuário possa controlar e ter acesso a tudo o que acontece quando o mesmo está ausente. O sistema também deve alertar ao usuário em tempo real sempre que houver algum problema no ambiente monitorado.

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Com base nos argumentos citados acima, este trabalho propõe realizar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento automatizado, cujo objetivo é identificar a presença de pessoas em um local e também verificar temperatura do mesmo. O sistema é dividido em dois módulos: o primeiro módulo é do equipamento, que deverá ser instalado no local monitorado e o segundo módulo é uma aplicação WEB no qual o usuário poderá ter acesso a todas as informações geradas pelo equipamento.

Metodologia

O sistema foi dividido em dois módulos: equipamento e aplicação WEB. O primeiro consiste na montagem do equipamento utilizando o microcontrolador Arduíno no qual foram acoplados os sensores de presença e temperatura, uma webcam para capturar as imagens e um shield Wi-Fi para transmitir as informações para a base de dados. O segundo é uma aplicação WEB, no qual o usuário poderá ter acesso a todas as informações geradas pelo sistema como, por exemplo, as imagens capturadas, as informações sobre as temperaturas nos ambientes e todos os alertas.

Microcontroladores para Marinho (2001), podem ser definidos como “um microcomputador de um só chip reunindo num único componente vários elementos de um sistema, antes baseado em microprocessador e que eram desempenhados por vários componentes independentes tais como RAM, ROM, comunicação serial, etc. A memória de programa pode ser ROM, FLASH ou outro tipo”.

O Arduíno, para Cavalcante (2011), é “uma plataforma que foi construída para promover a interação física entre o ambiente e o computador utilizando dispositivos eletrônicos de forma simples e baseada em softwares e hardwares livres. Resumidamente, a plataforma consiste em uma placa de circuitos com entradas e saídas para um microcontrolador AVR, um ambiente de desenvolvimento e o bootloader que já vem gravado no microcontrolador”.

A Figura 1 ilustra o microcontrolador Arduíno Mega utilizado no protótipo. Figura 1 - Microcontrolador Arduíno Mega

Segundo Thomazini (2005), Sensores são “dispositivos sensíveis a alguma forma de energia do ambiente que pode ser luminosa, térmica, cinética, relacionando informações sobre uma grandeza física que precisa ser mensurada (medida), como: temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição, etc”.

Os sensores utilizados foram respectivamente, presença e temperatura. O sensor de presença utilizado é PIR, que é compatível com o Arduíno e além de detectar a presença, permite a detecção de movimentos. Possuí a capacidade de identificar a presença ou movimento de qualquer objeto desde que esteja a uma distância máxima de 7 metros.

O sensor de temperatura utilizado é o modelo DHT11, que também é compatível com Arduíno e consegue medir temperaturas na escala Celsius, desde que as mesmas estejam na faixa (–55ºC e 150ºC), além de ser possível medir a umidade do ambiente.

Para capturar as imagens, foi utilizada a webcam OV7670, que é um modelo específico para Arduíno e consegue obter imagens com uma resolução de até dois mega pixels.

A transmissão das informações do equipamento para o servidor é realizada por meio de um shield modelo ESP 8266, que permite realizar conexões por meio de redes Wi-Fi.

Após definidos os componentes que serão utilizados no protótipo, deu-se início as seguintes etapas de montagem e desenvolvimento do sistema:

- Montagem do módulo equipamento;

- Elaboração dos algoritmos que solucionam os objetivos do equipamento; - Codificação do programa que gerencia o equipamento;

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- Modelagem da base de dados;

- Criação do módulo da aplicação WEB.

Para montagem do equipamento, foram acoplados ao microcontrolador Arduíno, os sensores de presença e temperatura, a webcam e o shield Wi-Fi.

A Figura 2 ilustra o protótipo do equipamento projetado.

Figura 2 – Módulo equipamento

No módulo equipamento foi desenvolvido um programa e embarcado que foi instalado no Arduíno, cujo objetivo é capturar as informações de todos os sensores e webcam e transmiti-las ao servidor. Para desenvolver este programa foi utilizada a linguagem de programação C, que é a linguagem padrão utilizada pelo Arduíno.

Para realizar o armazenamento de todas as informações do sistema, foi utilizado o Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) MySQL. De acordo com Elmasri e Navathe (2000), um banco de dados “é uma coleção de dados relacionados logicamente aspectos do mundo real (mini-mundo ou universo de discurso), projetado, construído e gerado (“povoado”) coerente, com algum significado para uma aplicação específica”.

A Figura 3 ilustra o MER (Modelo Entidade e Relacionamento) desenvolvido.

Figura 3 – MER (Modelo Entidade e Relacionamento)

Para o desenvolvimento do módulo aplicação WEB, onde o usuário poderá acessar as informações geradas pelo equipamento, foi utilizada a linguagem PHP (Personal Home Page). A linguagem PHP de acordo com Ramos(2007), “é a sigla do termo em inglês Personal Home Page Tools e faz referência a um conjunto de scripts que, mais tarde, passaram a integrar também a ferramenta PHP/FI (Forms Interpreter/ Interpretador de Formulários), um interpretador de comandos SQL (Structured Query Language/ Linguagem de Consulta Estruturada)”.

A Figura 4 ilustra a tela do módulo aplicação WEB, que contém um menu lateral onde é possível fazer alteração de cadastro, ver os equipamentos já cadastrados e escolher o tipo de relatório que se deseja gerar. Esta tela também exibe o tipo de relatório Temperaturas por Equipamentos.

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Figura 4 – Módulo da aplicação WEB com relatório Temperaturas por Equipamentos

Resultados

Foi possível desenvolver um sistema que realize o monitoramento automatizado de diversos ambientes.

Conforme descrito, o sistema possui dois módulos, o módulo equipamento que deve ser instalado no ambiente que se deseja monitorar e o módulo da aplicação WEB na qual o usuário poderá ter acesso a todas as informações coletadas pelo equipamento como, por exemplo, as temperaturas e as imagens capturadas.

O equipamento poderá ser instalado em qualquer ambiente desde que no local tenha acesso a internet por meio de rede WiFi.

Discussão

Ficou definido durante a fase de implementação do equipamento que o intervalo de identificação da presença e da captura da temperatura será entre 1 a 2 segundos. O tempo de transmissão das informações enviadas para o servidor de dados varia de acordo com a velocidade da internet disponível.

O tempo de resposta do sensor de temperatura é inferior a um segundo conforme os testes que foram realizados. O sensor de presença oferece a possiblidade de ser configurado o tempo de resposta entre cada checagem e também a sensibilidade (distância). Ficou definido que a distância máxima que o sensor atinge é de 7 metros com o tempo de resposta mínimo de 0.5 segundos. Caso haja perda de conexão temporariamente, as informações são temporariamente armazenadas em uma fila (ilimitado) e transmitidas posteriormente quando a conexão estiver disponível novamente.

As informações de temperatura e imagem antes de serem transmitidas, são convertidas para texto e posteriormente, quando estas chegam ao servidor, é feito o processo inverso, facilitando assim a transmissão.

Conclusão

Com base nos requisitos do usuário apresentado neste trabalho, foi possível desenvolver um equipamento que funcione como um Sistema de Monitoramento Automatizado e suas principais funcionalidades são:

- Permitir detectar a presença de pessoas em ambiente e capturar a imagem do mesmo e enviá-la ao servidor;

- Possibilitar a captura da temperatura do ambiente em um intervalo de tempo específico e enviá-la ao servidor;

- Permitir que o usuário visualize as informações capturadas como as imagens e as temperaturas do ambiente através de uma web site;

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- Gerar relatórios e gráficos com as informações das temperaturas capturadas em um determinado período de tempo;

- Permitir que o usuário exporte em formato de arquivo PDF as informações relacionadas às temperaturas capturadas.

As metodologias utilizadas na elaboração do sistema se mostraram satisfatórias, tendo em vista que não foram encontradas dificuldades maiores durante o processo de desenvolvimento do software.

O sistema desenvolvido apresentou até o presente momento um resultado satisfatório, tendo em vista que as funcionalidades definidas estão funcionando corretamente. No entanto, melhorias e novas funcionalidades podem ser implantadas, dentre as quais podem-se citar:

- Implementar um aplicativo em Android e IPhone para permitir também que o usuário possa acessar as informações por meio do seu celular ou tablet e ser notificado sempre que uma nova informação é armazenada no sistema;

- Estender o equipamento implantando novos sensores como sensor de gás, umidade, água e movimento;

- Melhorar os sensores já implantados de modo que a identificação de presença possa ser mais eficiente e aumentar a faixa de temperatura possível que o sensor possa identificar;

- Implantar no equipamento uma câmera de vídeo mais moderna de modo que também possa ser possível gravar e transmitir vídeos do local onde o equipamento está instalado;

- Implementar novos relatórios na aplicação WEB para permitindo assim melhorar a busca e filtragem dos dados do sistema;

- Permitir gerar gráficos em tempo real das temperaturas capturadas;

Referências

AGUILAR, Luis Joyanes. Fundamentos de Programação - 3.ed.: Algoritmos, estruturas de dados e objetos. AMGH Editora, 2008. 18 - 46p.

CAVALCANTE, Marisa Almeida; Tavolaro, Cristiane Rodrigues Caetano; Molisani, Elio. Revista Brasileira de Ensino de Física, Volume 33 nº 4, São Paulo, 2011. 4503 – 4503p.

ELMASRI, E.R; NAVATHE, S. Sistemas de Banco de Dados - Fundamentos e Aplicações - 4ª Edição. São Paulo: Addison Wesley, 2005. 744p.

MARINHO, José Edson dos Santos & MARINHO, Ednaldo dos Santos, Mini Curso de Microcontrolador, Ed. Especial nº 2, Saber Eletrônica, 2001. Disponível em:

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA8T4AB/microcontrolador-8051, acessado em 21 de mai.2016.

RAMOS , RICARDO; Silva, Joel da. PHP para profissionais. Universo dos Livros Editora, 2007. 8p. THOMAZINI, Daniel. ALBUQUERQUE, Pedro U. B. Sensores Industriais – Fundamentos e