TÍTULO: JANELA AUTOMATIZADA QUE OPERA A PARTIR DE DADOS METEOROLÓGICOS OBTIDOS POR SENSORES
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): TADEU DOMINGUES DA SILVA ANTUNES AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): JOSÉ CARLOS MORILLA ORIENTADOR(ES):
Resumo
O objetivo do projeto é estudar um sistema de movimentação automático de uma janela em função de condições meteorológicas. Abertura e fechamento da janela é realizada por um sistema de cremalheira acionado por um motor de passo cujo funcionamento é governado por sensores que fornecem as condições meteorológicas do local. Dentro do sistema eletrônico são incorporados sensores de umidade e temperatura, presença, fotossintético e de chuva. Estes sensores enviam informações para um software que aciona ou não o motor elétrico do sistema. O fechamento da janela é executado quando os sensores presentes indicam possibilidade de chuva. A janela é aberta quando o sensor de chuva indica tempo seco.
Palavras chaves: Chuva; Janela; Software; Automação; Sensores; Tempo.
Introdução
Automação residencial é um passo além da mecanização, utilizando da tecnologia para facilitar algumas tarefas habituais, tornando-as automáticas e provendo segurança através de sensores, temporizadores e até da utilização de controles remotos. (AUTOMATICHOUSE, 2015).
Por todo o mundo é visível o crescimento da tecnologia de automação residencial, porém segundo os dados coletados pela Associação Brasileira de Automação Residencial – AURESIDE, o Brasil seria hoje um dos maiores consumidores de automação residencial do mundo. Este índice está diretamente ligado à “indústria do medo”, indústria que mais gera riqueza no pais, devido ao fato que a automação proporciona uma maior segurança para o consumidor. (REQUENA, 2004).
Com o avanço da tecnologia foi desenvolvido o conceito de casa automatizada. Este tipo de casa pode “comunicar-se” com o proprietário. Este conceito é denominado Domótica, que é uma fusão da palavra “Domus” que significa casa e “Robótica” que está ligada ao ato de automatizar. (SISLITE, 2013).
Os sensores são componentes eletrônicos que convertem medidas do mundo real em sinal elétrico. (BANZI & SHILOH, 2015). Ou seja, os sensores são dispositivos sensíveis a algum tipo de energia do ambiente (luminosa, térmica, cinética) e que relacionam informações sobre uma grandeza que precisa ser medida (temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição, entre outros). (TAMY, 2011). Em suma, os sensores são responsáveis por transformar os dados obtidos em energia elétrica para que o microprocessador possa entender o sinal. (BANZI & SHILOH, 2015).
Os sensores são entradas físicas para um circuito, chamados de transdutores. Este nome é dado, devido ao seu processo de converter a energia detectada em outra forma de energia. Por exemplo, um sensor de luz faz a transdução de energia luminosa para resistência (energia elétrica). (KARVINEN & KARVINEN, 2014).
Objetivo
Desenvolver um sistema de automatização de janela, para que a mesma possa fechar em condições climáticas consideradas desfavoráveis. Com isto, criar uma miniestação meteorológica automatizada para obter os valores necessários.
O objetivo é analisar e interpretar dados meteorológicos por meio de sensores e determinar, de uma maneira segura, a movimentação de uma janela residencial, visando a comodidade, o conforto e a segurança das pessoas.
Metodologia
Em primeira instancia foi definido as características do motor a ser utilizado para um tamanho padrão de janela. A partir de uma pesquisa de campo, foi determinado que o material mais comum para janelas de madeira é a madeira do tipo Cedro.
Em seguida deu-se início à parte de automação eletrônica do projeto, e com isso, a elaboração do fluxograma (figura 1) de funcionamento do programa a ser desenvolvido. Como micro controlador do sistema, foi utilizado a placa Arduino Uno e o programa foi escrito na linguagem de programação do próprio, baseada na linguagem de programação Processing..
Os sensores, ou entradas, como são chamados em matéria de automação, foram: sensor analógico de chuva, sensor analógico de luminosidade, sensor analógico de infravermelho e sensor analógico de temperatura e umidade.
Figura 1 – Fluxograma da idéia de funcionamento do sistema eletrônico. Nesta figura
pode-se obpode-servar as condições de trabalho da janela.
Desenvolvimento
Para facilitar a visualização, foi utilizado um LED no lugar do motor de passo, sendo que quando o LED emitia luminosidade, representava o fechamento da janela. O sistema foi colocado a prova por diversos dias e em diversas condições, mostrando-se eficaz no que foi prometido. Quando os sensores captavam sinais considerados críticos, plausíveis de chuva, o programa automaticamente fazia com que o LED acendesse.
A figura 2 mostra o esquema eletrônico da miniestação meteorológica que foi desenvolvida.
Figura 2 – Esquema eletrônico da miniestação meteorológica. A: sensor de chuva. B: sensor de luz. C: Sensores infravermelhos. D: Sensor de temperatura e umidade. E: placa Arduino Uno. F: LED.
Após determinar os parâmetros de inicialização, o programa é executado e isto significa que a partir deste momento, o programa, realiza as operações por tempo indeterminado. A figura 3 mostra os comandos existentes no código de programação.
Figura 3 – Menu do programa. Pedaço do código de programação. É nesta fase do programa que é
definido o que vai ser executado até o programa ser desligado, repetidas vezes.
Segundo a lógica de funcionamento do programa, que pode ser observada na figura 1, a primeira coisa que deve ser analisado pelos sensores, é se existe a ocorrência de chuva, ou seja, o sensor de chuva deve ser o primeiro a ser analisado
e interpretado. Isto é realizado com o comando “sensor_chuva();”. Este comando determina que a primeira coisa a se fazer é entrar no bloco de código do sensor de chuva e analisar se os parâmetros apresentados por ela é condizente com a presença de chuva.
Como o sensor de chuva é um analógico, ele apresenta valores numéricos, de 0 a 1024, como resultados. Quando não existe a presença de água no sensor, ele mantém uma média de valores acima de 800. Já na presença de chuva, esses valores começam a diminuir e ficam menores que 800.
Sendo assim, foi desenvolvido uma condicional, ou seja, se no momento em que o programa está fazendo a leitura do bloco de código do sensor de chuva, ele encontra um valor menor que 800, ele deveria acender a luz do LED. Porém, este projeto visa, além da funcionalidade, a segurança, e então antes de realizar qualquer ação, o programa analisa o sensor de infravermelho.
Este sensor trabalha da mesma forma que o sensor de chuva, porém não é sensível à água, e sim à presença de objetos. Isto ocorre devido à interrupção do sinal que é enviado do emissor de infravermelho para o receptor. Novamente, são enviados valores numéricos a partir do sensor. Quando não existe interferência entre os sensores, os valores apresentados pelos sensores são bem baixos, abaixo de 800, já quando o corre a interferência do sinal (presença de algo), este valor aumenta.
Com isto em mente, foi adicionado esta informação à condicional do sensor de chuva. O comando “ if (chuva < 800 && IRValue < 800) ” representa tudo o que foi dito anteriormente. O programa faz a leitura da seguinte forma. Se a leitura do sensor de chuva for menor do que 800 e a leitura do sensor de infravermelho for menor que 800, o LED acende (“digitalWrite (4, HIGH)”).
Na figura 4 é possível observar o funcionamento do sistema quando um dos sensores está ativado. Neste caso, o sensor de chuva que está sendo ativado.
Figura 4 – O circuito do sensor de chuva foi fechado utilizando um cotonete molhado. Quando a água entra em contato com o sensor, o valor de sua resistência varia, que, quando em conjunto com o
código de programação, faz o LED acender.
Já na figura 5, mostra quando foi colocado uma barreira entre os sensores de infravermelho.
Figura 5 – Nesta etapa, foi colocado um obstáculo (dedo) entre os sensores infravermelhos,
com isso o valor que é lido pelo programa é maior que 800 (figura 17). Devido a condicional colocado no programa “ if (chuva < 800 && IRValue < 800) ”, o LED se apaga, representando que o motor para
Foi exemplificado o funcionamento físico do sistema nas figuras 4 e 5, porém, para entender os valores que foram citados no texto, o programa possibilita que, quando conectado a um computador, o programador veja os valores obtidos pelos sensores em tempo real. Esta função é criada junto com o código de programação com o comando “ Serial.begin (9600); ”.
As figuras 6 e 7 mostram os valores numéricos, calculados pelos sensores. A partir destes valores que o programa estabelece o que deve ser feito.
Figura 6 – Esta figura mostra a janela IDE do programa. Os destaques em vermelho mostram os valores obtidos pelo sensor de chuva. É possível observar que no destaque superior em vermelho, o valor obtido
é 587, o que representa que existe água em sua resistência. No destaque vermelho inferior, o valor é mais alto que 800, significando que não existe a presença de água em seu circuito. O destaque em preto é o valor obtido pelo sensor de infravermelho. Observa-se claramente que o valor é abaixo de 800, portanto, representa que não
existe nenhum obstáculo entre os sensores.
Figura 7 – Esta figura mostra no destaque em vermelho que o valor é menor que 800, portanto, existe água no circuito. No destaque em preto, o valor de infravermelho é maior do que 800, indicando a presença de
Foi seguido a mesma linha de raciocínio para os outros sensores, levando sempre em consideração o que foi estabelecido pelo fluxograma (figura 1).
Conclusão
Para a verificação do funcionamento do sistema, foi inserido um LED, o qual, acendeu em todos os momentos considerados críticos, representando o fechamento de uma janela. O que nos leva a concluir que o projeto funcionará adequadamente.
Além disto, concluiu-se que por se tratar de um processo de automação residencial, é plausível o uso de mais tecnologia, como controladores lógicos programáveis mais modernos e maior interligação entre os proprietários e as informações obtidas pelos sensores.
Em suma, quando se trata de automação residencial, percebe-se que existe um interesse grande, tanto da parte de comodidade quanto da parte de segurança.
Fontes consultadas
AUTOMATICHOUSE. O que é automação residencial. Conteúdo disponível em <http://www.automatichouse.com.br/AutomaticHouse/WebSite/Automacao/Residenci al.aspx> Acesso em: 28 mai. 2015.
BANZI, M.; SHILOH, M. Primeiros passos com o Arduino. Novatec Editora Ltda. 2° edição, 2015.
KARVINEN, K & KARVINEN, T. Primeiros passos com sensores. Novatec Editora Ltda. 2014.
REQUENA, G. Habitação e novas mídias: equipamentos e seus usos no habitar
contemporâneo. Conteúdo disponível em <http://www.gutorequena.com.br/
artigo_automação/artigo_automação.htm>. Acesso em 28 mai. 2015.
SISLITE integração de sistema. O que é a Domótica? Conteúdo disponível em <http://www.sislite.pt/domus.htm> Acesso em: 08 abr. 2014.
TAMY, D. Como funcionam os sensores. Conteúdo disponível em
<http://www.garotascpbr.com.br/2011/10/como-funcionam-os-sensores>. Acesso em: 11 abr. 2014.
