Protótipo de um dispositivo gerenciador de equipamentos via Ethernet para economia de energia

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Protótipo de um dispositivo

gerenciador de equipamentos

via Ethernet para economia de

energia

Aluno: Marlon Erich Ruttmann

Orientador: Prof. Miguel Alexandre Wisintainer

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Roteiro

• Introdução • Objetivos • Fundamentação teórica • Trabalhos correlatos • Requisitos • Especificação • Implementação • Operacionalidade • Resultados e discussões • Conclusões e sugestões

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Introdução

• Economia de energia

• Redução de custos com vigias patrimoniais

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Objetivos

• Estender as funcionalidades do protótipo de Sabel (2016):

– Trocar Wi-Fi por Ethernet;

– Implementar monitoramento via Internet.

• Específicos:

– Substituir ESP8266-EVB pelo Ethernet Shield W5100;

– Monitoramento por servidor remoto através de Websocket; – Utilizar 3 emissores IR por equipamento a ser desligado; – Substituir o sensor de corrente não-invasivo por LDRs

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Economia de energia elétrica

• 2008 a 2016, mais de 143 mil GWh em desperdício;

• Legislação deficiente quanto a exigências e padronização;

• Sistemas de gerenciamento auxiliam na economia.

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Domótica

• Em latim, domus;

• Engenharia de sistemas prediais;

• Surgiu da necessidade em economizar; • Segurança e conforto;

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Internet das Coisas (IoT)

• Interconexão em rede de objetos cotidianos,

muitas vezes com inteligência ubíqua (XIA et al., 2012);

• Identificação por tags RFID no Auto-ID Labs do MIT;

• Múltiplos componentes de software e hardware; • Arquitetura multicamada:

– Dispositivo;

– Conectividade; – Nuvem.

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Arduino

• Prototipagem e aprendizagem em programação e eletrônica; • Similar a um computador: – Microcontrolador; – Memória RAM; – Armazenamento secundário; – Circuito de clock; – Interfaces de I/O.

• Dispositivos independentes ou conectados; • Extensível através de módulos e Shields.

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Infravermelho (IR)

• Similar à luz visível;

• Comprimento de onda de 700nm a 1µm; • 55% da luz solar é IR.

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Comunicação via IR

• LED emissor de IR; • Receptor de IR:

– Fotodiodo;

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Comunicação via IR

• Modulação evita interferências; • Frequência portadora: 38KHz;

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Sensor IR

• Sensor piroelétrico dividido em duas partes;

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Websocket

• Comunicação bidirecional;

• Mecanismo baseado em navegador para comunicação bidirecional sem depender da abertura de várias conexões HTTP; • Full-duplex;

• Reduz consumo de banda e latência; • Eventos ao vivo, salas de chat e jogos

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Trabalhos Correlatos

• Automação residencial de baixo custo por meio de dispositivos móveis com sistema operacional Android (BEGHINI, 2013).

Plataforma Arduino

Monitoramento Internet Sim

Servidor gerenciamento Não

Armazena histórico Não

Vários sensores/atuadores Sim

Suporta câmeras Sim

Controla via IR Não

Reporta falhas Não

Consulta status do ambiente/equipamento Não

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Trabalhos Correlatos

• Desenvolvimento de um protótipo de automação predial/residencial utilizando a plataforma de

prototipagem eletrônica Arduino (ARAUJO et al., 2012).

Monitoramento Internet Não

Suporta câmeras Não

Consulta status do ambiente/equipamento Sim

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Trabalhos Correlatos

• Webhome – Automação residencial utilizando Raspberry PI (CRUZ E LISBOA, 2014).

Plataforma

Arduino / Raspberry

PI

Monitoramento Internet Sim

Servidor gerenciamento Sim

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Protótipo atual

Protótipo de um sistema gerenciador de equipamentos via Wi-Fi para economia de energia (SABEL, 2016)

Monitoramento Internet Não

Vários sensores/atuadores Não

Controla via IR Sim

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Requisitos funcionais

• Aprender comandos IR;

• Armazenar comandos aprendidos em um servidor remoto;

• Desligar equipamentos através de comandos IR;

• Identificar salas vazias;

• Conectar os Dispositivos IR diretamente ao Sistema Gerenciador;

• Disponibilizar interface web para monitorar e gerenciar os Dispositivos IR.

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Requisitos não funcionais

• Utilizar Ethernet como meio de conexão do Dispositivo IR;

• Hospedar o Sistema Gerenciador na nuvem;

• Desenvolver o Sistema Gerenciador com Node.JS;

• Utilizar Websocket para conexão e troca de mensagens entre Dispositivos IR e o Sistema Gerenciador.

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Implementação

• Dispositivo IR: – Arduino Mega 2560; – Ethernet Shield W5100; – Componentes eletrônicos; – IDE Arduino; – C/C++: • IRRemote; • ArduinoJSON; • Socket.io-v1.x-Library; • Ethernet.

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Implementação

• Sistema Gerenciador: – JavaScript; – MongoDB; – Node.JS: • Socket.io 2.1.1; • Express 4.16; • Mongoose 5.1.6. – HTML5, CSS: • Bootstrap 4.

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Resultados e Discussões

• Todos os objetivos e requisitos definidos foram atendidos;

• Emissão e recepção de IR aprimoradas; • Comunicação rápida e confiável entre o

Dispositivo IR e o Sistema Gerenciador; • Segmentação dos comandos;

• Detecção dos status dos equipamentos; • Interface de monitoramento.

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Conclusões e Sugestões

• Funcionalidades pré-existentes do protótipo foram melhoradas;

• Inclusão de novas funcionalidades;

• Ferramentas e técnicas foram adequadas; • Protótipo demonstrou grande utilidade e

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Conclusões e Sugestões

• Conectividade via Wi-Fi que suporte WPA-Enterprise;

• Utilizar Beacons para monitorar os equipamentos;

• Implementar segurança;

• Implementar envio de comandos a partir do Sistema Gerenciador;

• Trocar o Arduino por outra placa com suporte à segurança.