Automação Residencial 2014

Automação Residencial com Microcontrolador Arduino

Introdução

Este projeto tem por objetivos estudar, aplicar e experimentar a plataforma de prototipagem de hardware Arduino, buscando o desenvolvimento e integração de conceitos ligados a programação de computadores e eletrônica.

Definição

Arduino é uma placa microcontroladora básica criada na Itália, que possui componentes complementares, como motores e sensores para a construção de circuitos eletrônicos. É um projeto de código aberto, ou seja, pode ser copiado e modificado conforme o desejo e que não exige grandes conhecimentos em eletrônica. Trata-se uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única.

Figura 01– Arduino Uno‎

Possui uma linguagem de programação própria, baseada em C/C++, devido a possuir funções que basicamente não fazem parte de outras linguagens como por exemplo a codificação, “pinMode(13,OUTPUT)” que define a porta 13 do Arduino como saída, função essa que inicialmente não existirá em outras linguagens de programação por se tratar de uma função específica para a placa controladora.

Figura 02 – IDE do Arduino

Essa tecnologia busca criar ferramentas acessíveis, de baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por qualquer pessoa interessada no desenvolvimento. A placa possui algumas limitações, por exemplo, não possui qualquer recurso de rede, porém é comum combiná-la com extensões chamadas de shields. Essas expansões buscam disponibilizar várias funções específicas, como a ligação em redes sem fio até a manipulação de motores.

Figura 03 – Shield Ethernet

Figura 04 – Shield Motor

Por se tratar de uma tecnologia que está constantemente crescendo, diversas placas e Shields foram desenvolvidos. Para conhecimento de algumas dessas placas acesse: www.arduino.cc/en/Main/Products.

Figura 05 – Site do Arduino

Atualmente diversos projetos estão sendo desenvolvidos com essa tecnologia, como controle de sistemas interativos, em diversos níveis desde doméstico até industrial. Os campos de atuação para o controle de sistemas são imensos, podendo ter aplicações em áreas como robótica, domótica, engenharia agronômica, impressão 3D, entre outros.

Figura 06 – Robô feito com Arduino

Desenvolvimento

Inicialmente devemos instalar a IDE do Arduino no computador, para isso faça o download no site: www.arduino.cc conforme o sistema operacional desejado.

Figura 07 – Site do Arduino

Para conhecimento inicial do desenvolvimento de circuitos passaremos pelo componente mais básico: o led que será implementado em um Arduino Uno. Componentes necessários para montar o LED:

1 LED
1 Resistor de 220 ohms
Fios de jumper
1 Arduino Uno
1 Protoboard

Figura 08 – Sketch da ligação do led no Arduino

Figura 09 – COdificação do led

Passamos ao monitoramento de sensores, como por exemplo o LM35 que faz o monitoramento da temperatura:

Componentes necessários para montar o LM35:

1 sensor LM35
Fios de jumper
1 Arduino Uno
1 Protoboard

Figura 10 – Sketch da ligação do LM35 no Arduino

Figura 11 – Codificação do LM35

Existem alguns sensores, como por exemplo o DHT11 que possuem uma biblioteca específica para o controle. Para isso faça o download dessa biblioteca em DHT11.

E adicione esse arquivo em: Sketch > Import Library... > Add Library...

Figura 12 – Instalação de nova biblioteca

Componentes necessários para montar o DHT11:

1 Sensor DHT11
Fios de jumper
1 Arduino Uno
1 Protoboard

Figura 13 – Sketch da ligação do sensor DHT11

Figura 14 – Codificação do DHT11.png

Projeto

Posteriormente ao período de testes e conhecimento da tecnologia, passamos a escolher um projeto de aplicação. Após um estudo feito sobre qual seria o projeto que melhor descreveria todos os princípios básicos da prototipação com Arduino, escolhemos a Automação Residencial, também conhecida como Domótica. Para isso passamos a criação de uma maquete que simularia todas as funcionalidades básicas de uma residência, como controle de climatização, iluminação, acesso, segurança, entre outros. Desenvolvemos uma planta básica da maquete com a divisão dos cômodos e passamos a construção da maquete que será explanada resumidamente abaixo, para visualização detalhada da construção da maquete acesse: Video / Projeto de Automação de Residêncial.pptx

Figura 15 – Fase Inicial da construção da maquete	Figura 16 – Passagem dos fios da iluminação interna e externa	Figura 17 – Fase Final da cobertura externa da residência.
Figura 18 – Vista frontal da maquete arquitetônica concluída com todos os aspectos decorativos	Figura 19 – Ligação dos controles de iluminação interna no Arduino	Figura 20 – Conclusão da passagem do cabeamento de iluminação, colocação dos sensores e do portão eletrônico
Figura 21 – Colocação da Piscina acionada por um interruptor e pelo sistema web	Figura 22 – Posicionamento Final dos Arduinos e sensores	Figura 23 – Vista frontal da maquete concluída e ligada

Preparação do ambiente

Para instalação do Arduino acesse http://arduino.cc/en/Main/Software e escolha sua versão de preferência para seu sistema operacional. Para Windows siga os passos comuns de instalação de programa, após isso execute a IDE conforme a imagem:

IDE do Arduino no Windows‎

No linux, ensinaremos na distribuição Ubuntu:

Abra o terminal, e localize o arquivo Arduino descompactado.

No nosso caso está em:

Para instalação do PHP no Ubuntu, abra o terminal(Ctrl + Alt + t) e instale o pacote LAMP(Linux Apache Mysql PHP) com permissão de super usuário : sudo apt-get install lamp-server^

Para Windows basta instalar o programa WAMP ou o XAMPP conforme sua preferência.

WAMP server

XAMPP