igor garcia ballhausen sampaio lucas bonifacio duarte da silva · duce average monthly power...

Universidade Federal Fluminense

Escola de Engenharia

Curso de Graduacao em Engenharia de

Telecomunicacoes

Igor Garcia Ballhausen Sampaio

Lucas Bonifacio Duarte da Silva

Sistema para o monitoramento e analise de consumo

energetico residencial

Niteroi – RJ

2018

1



Sistema para o monitoramento e analise de consumo energetico residencial

Trabalho de Conclusao de Curso apresentado ao

Curso de Graduacao em Engenharia de Teleco-

municacoes da Universidade Federal Fluminense,

como requisito parcial para obtencao do Grau de

Engenheiro de Telecomunicacoes.

Orientador: Prof. Dr. Joao Marcos Meirelles da Silva

Coorientador: Prof. Dr. Jose Viterbo Filho

Niteroi – RJ

2018

iii



Sistema para o monitoramento e analise de consumo energetico residencial

Trabalho de Conclusao de Curso apresentado ao

Curso de Graduacao em Engenharia de Teleco-

municacoes da Universidade Federal Fluminense,

como requisito parcial para obtencao do Grau de

Engenheiro de Telecomunicacoes.

Aprovada em 05 de julho de 2018.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Joao Marcos Meirelles da Silva - Orientador

Universidade Federal Fluminense - UFF

Prof. Dr. Jose Viterbo Filho - Coorientador


Prof. Dr. Prof. Dr. Jose Santo Guiscafre Panaro


Niteroi – RJ

2018

iv

Resumo

O objetivo deste trabalho e oferecer uma solucao para o monitoramento de consumo ener-

getico residencial, que compreenda um dispositivo sensor de baixo custo com comunicacao

via Internet, e uma aplicacao web para monitoramento, analise, controle e visualizacao

das informacoes de consumo. O aplicativo fornece informacoes de modo a incentivar os

usuarios a fazer uma melhor distribuicao de uso de seus equipamentos eletricos e ele-

tronicos ao longo do dia e reduzir o consumo medio mensal de energia. Com isso, este

projeto oferece nao so uma solucao para o monitoramento de consumo energetico resi-

dencial, mas tambem, uma proposta de automacao domestica, visto que hoje em dia o

consumo eletrico e uma preocupacao global. Para a implementacao do dispositivo sensor

de consumo eletrico de baixo custo utilizou-se o microcontrolador Arduino, que e uma

plataforma de prototipagem eletronica de codigo aberto baseado na flexibilidade e na fa-

cilidade de uso do hardware e software. A plataforma pode interagir com o ambiente

por meio de hardware e software, pois permite a conexao com dispositivos que capturam

dados do ambiente ou que podem ser controlados, tais como os mais diversos sensores.

A programacao do Arduino e feita utilizando uma IDE especıfica, para programacao em

C/C++. Quanto a aplicacao web, foi desenvolvido um website que pudesse ser capaz de

gerenciar o dispositivo, mostrar o consumo medido instantaneamente e gerar indicadores

de consumo medio. Esta plataforma foi desenvolvida utilizando-se as linguagens PHP,

JavaScript, HTML e CSS. Alem disso, para que os dados recebidos do sensor pudessem

ser armazenados e tratados, fez-se uso do banco de dados MariaDB.

Palavras-chave: Sistemas embarcados, Medidores inteligentes, Dispositivos inteli-

gentes, Automacao residencial, Internet das Coisas, Eficiencia energetica, Monitoramento

de consumo energetico

v

Abstract

The objective of this work is to provide a solution for the residential energy consump-

tion monitoring, comprising a low cost sensor device with Internet communication, and

a web application for monitoring, analysis, control and visualization of consumption in-

formation. The application provides information in order to encourage users to better

distribute usage of their electrical and electronic equipment throughout the day and re-

duce average monthly power consumption. As a result of this, this project offers not only

a solution for the monitoring of residential energy consumption, but also, a proposal of

domestic automation, since nowadays the electric consumption is a global concern. The

Arduino microcontroller, which is an open source electronic prototyping platform based

on the flexibility and ease of use of hardware and software, was used to implement the low

cost electric consumption sensor device. The platform can interact with the environment

through hardware and software as it allows connection to devices that capture data from

the environment or that can be controlled, such as the most diverse sensors. Arduino

programming is done using a specific IDE, for programming in C/C++. As for the web

application, a website was developed that could be able to manage the device, show con-

sumption measured instantaneously and generate indicators of average consumption. This

platform was developed using PHP, JavaScript, HTML and CSS. Besides that, in order

for the data received from the sensor to be stored and processed, the MariaDB database

was used.

Keywords: Embedded systems, Smart meters, Smart devices, Home automation,

Internet of Things, Energy efficiency, Monitoring of energy consumption

vi

”Nada e tao maravilhoso que nao possa exis-

tir, se admitido pelas leis da natureza.”

(Michael Faraday)

vii

Agradecimentos

A toda minha famılia eu quero que saibam que reconheco o incentivo, a confianca e todas

as bases que fizeram de mim quem sou hoje. Em especial a minha mae, que sempre

lutou e nunca deixou faltar nada para que eu pudesse concluir meus estudos e atingir

meus objetivos. A esta instituicao tao imponente eu agradeco pelo ambiente propıcio a

evolucao e crescimento, bem como a todas as pessoas que a tornam assim tao especial

para quem a conhece. Aos meus orientadores reconheco a profunda confianca, sabedoria,

disponibilidade e oportunidade. Sempre me dando recursos e ferramentas para evoluir um

pouco mais todos os dias. Aos meus amigos eu deixo uma palavra de gratidao por todo

apoio, carinho e inspiracao. Especialmente ao meu parceiro de trabalho Lucas, por todo

estımulo, suporte e dedicacao. A todas as pessoas que interferiram nesta minha jornada

eu agradeco, porque de alguma forma influenciaram meu percurso.

Igor Garcia

O maior agradecimento vai para minha famılia, sem eles nao chegaria ate aqui.

Tudo que sou hoje e gracas ao esforco deles que me proveram tudo que podiam de melhor.

Alem disso, gostaria de agradecer a UFF por prover um ambiente saudavel de estudo

e professores capacitados para auxiliar e ensinar de maneira contundente todo conteudo

necessario durante a graduacao. Aos meus orientadores fica o agradecimento em torno

da sua dedicacao, pre-disposicao e disponibilidade que foram de suma importancia para

que o trabalho fosse concluıdo com exito. Aos meus amigos, em especial o Igor, que me

auxiliaram, apoiaram e me deram todo suporte necessario, ficam meus agradecimentos,

a minha amizade e admiracao. Todas as outras pessoas que influenciaram na minha

caminhada ate aqui, gostaria de deixar o meu muito obrigado. De alguma forma se

tornaram importantes no meu amadurecimento e crescimento academico.

Lucas Bonifacio

Lista de Figuras

2.1 Elementos basicos de um sistema embarcado . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 Diagrama de circuito original do Arduino Uno R3 e de seu modulo Ethernet

Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3 Casa inteligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Arquitetura convencional e inteligente de medicao . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 Diagrama de blocos da camada fısica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2 Esquema do sensor de corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3 Interior do sensor de corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.4 Tipos de sensores nao invasivos fabricados pela YHDC . . . . . . . . . . . 23

3.5 Interface sensor-Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.6 Layout do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.7 Arquitetura de rede do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.8 Topologia de rede utilizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.9 Layout do prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.10 Dispositivo completamente montado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.11 Tela de configuracao - XAMPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.12 Separacao do front-end e do back-end . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.13 Tela de login . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.14 Menu de opcoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.15 Historico das medicoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.16 Opcoes de graficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.17 Grafico do consumo total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.18 Medida instantanea do sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.1 Medidas realizadas com o multımetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

viii

ix

4.2 Teste de variacao de corrente eletrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.3 Status rele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.4 Endereco IP atribuıdo ao Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.5 Status de rede do servidor web implementado no Arduino . . . . . . . . . . 43

4.6 Configuracao das portas do servidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.1 Bases de dados de consumo de energia em residencias . . . . . . . . . . . . 46

B.1 Esquematico completo Arduino Uno R3 e de seu modulo Ethernet Shield . 55

x

Lista de Tabelas

3.1 Tabela de componentes utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2 Tabela de dados coletados do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.3 Tabela de usuarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1 Tabela de comparacao dos valores teoricos com os valores medidos . . . . . 40

Sumario

Resumo iv

Abstract v

Agradecimentos vii

Lista de Figuras viii

Lista de Tabelas x

1 Introducao 1

1.1 O problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Organizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Internet das Coisas e automacao residencial 4

2.1 Internet das coisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Sistemas embarcados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2.1 Modos de funcionamento de sistemas embarcados . . . . . . . . . . 7

2.2.2 Caracterısticas de um sistema embarcado . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Automacao residencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.1 Medidores inteligentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.2 Eficiencia energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3 O projeto do dispositivo 18

3.1 Proposta do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.1.1 O sistema de monitoramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1.2 Requisitos do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

xi

xii

3.2 Planejamento e montagem do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2.1 Montagem do circuito eletronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3 Programacao do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4 Arquitetura de rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5 Gerenciador do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.5.1 Servidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.5.2 Desenvolvimento da aplicacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4 Testes e experimentos 39

4.1 Testes fısicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2 Testes logicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.3 Resultado dos testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5 Conclusao 45

5.1 Trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Bibliografia 49

A Codigos do projeto 53

B Esquematico completo - Arudino Uno R3 e Ethernet Shield 54

Capıtulo 1

Introducao

1.1 O problema

Estima-se que, no setor residencial e comercial, a demanda mundial por energia crescera

cerca de 35% ate 2040 [24]. Hoje ha uma abundante experiencia na otimizacao de geracao

e distribuicao de energia. Neste cenario, a gestao de demanda permitiria melhorar a efici-

encia energetica, utilizando equipamentos de medicao melhores e mais inteligentes, tarifas

de energia com incentivos para determinados padroes de consumo e um maior aumento

no controle, em tempo real, dos recursos energeticos distribuıdos. O conhecimento sobre

o perfil energetico de seus equipamentos domesticos pode levar aos usuarios residenciais a

melhor distribuir o uso de seus equipamentos durante o dia e reduzir seu consumo medio

mensal.

A partir dessa ideia, um novo dispositivo comeca a ganhar notoriedade, os me-

didores inteligentes - smart meters, que sao equipamentos capazes de medir os nıveis

de consumo de energia e transmitir esta informacao para um sistema de monitoramento

e analise. A medicao inteligente de energia resulta em melhorias na leitura de energia

regular, no processamento e no aumento da quantidade de informacoes, tanto para a

companhia de energia quanto para os consumidores. Dentre as capacidades apresentadas

pelos medidores inteligentes, estao o registro em tempo real do consumo de eletricidade,

leitura do medidor local remotamente, prevencao de adulteracoes, possibilidade de corte

de energia de maneira remota e capacidade de comunicacao com outro medidor.

Estes dispositivos podem ser utilizados com o intuito de otimizar o consumo da

rede, como ja e feito em alguns paıses [7]. Alem de monitorar uma dada rede eletrica, estes

1

2

medidores acabam por enviar informacoes a respeito de seus usuarios, tornando possıvel,

por exemplo, a predicao da quantidade de pessoas presentes em um determinado domicılio,

o que torna seu uso extremamente delicado [11]. Inumeras bases de dados deste tipo veem

sendo utilizadas para as mais variadas analises, porem, a necessidade da otimizacao do

consumo energetico e de interesse geral. Algumas pesquisas tem avancado nessa area, seja

pela elaboracao de algoritmos de tratamento de dados de consumo [8], ou pela evolucao

no uso de hardware e software para coleta dos dados de consumo [6].

A medicao de consumo de energia por dispositivos inteligentes vem crescendo rapi-

damente, e estudos sobre estas medidas sao do interesse de governos e empresas ao redor

do mundo, uma vez que com estes dados de energia, emergem diferentes oportunidades,

sejam no ambito da prestacao de servicos ou no de sustentabilidade.

O interesse em tecnologias inteligentes que envolvem cognicao, autorreproducao,

autocorrecao e outras caracterısticas, tem aumentado cada vez mais por parte das grandes

empresas [18]. Google, Facebook e Apple sao exemplos de empresas cujo interesse esta

pautado em buscar um aumento na capacidade de entendimento do usuario e de seus

servicos. Tecnologias de automacao domestica, tendo como produtos principais: termos-

tatos, cameras, detectores de fumaca e outros sensores emergem nesse contexto gerando

volumosas bases de dados para analise, surgindo a crescente demanda pela integracao

com algoritmos de aprendizagem de maquina. Pensando no desenvolvimento de novos

produtos como eletrodomesticos, eletroeletronicos, dentre outros, e fazendo uma cone-

xao com a Internet das Coisas e tecnologias de automacao domestica, e possıvel observar

a insercao de diversos protocolos de comunicacao neste meio [10]. Com isso, percebe-

se uma grande concentracao por parte de pesquisadores, desenvolvedores, dentre outros,

para o desenvolvimento de arquiteturas e novos protocolos que tornem tudo isso, uma

realidade. Alem desta diversidade de protocolos, pode-se verificar que por tras de todo

este desenvolvimento, nao existe apenas uma visao lucrativa no que diz respeito a venda

destes dispositivos, mas sim, toda uma possibilidade de obtencao de informacao [34]. A

tendencia e que todo este aparato tecnologico interconectado esteja presente em muitas

residencias ao redor do mundo em um futuro proximo, conforme afirma Want et al. [33].

3

1.2 Objetivo

Este trabalho apresenta uma solucao de codigo aberto, baixo custo e de facil implementa-

cao no contexto de medidores de energia convencionais. Alem disso, este trabalho mostra

a viabilidade da construcao de uma base de dados totalmente publica para estudos futu-

ros, uma vez que existem diversos trabalhos relacionados a analise de dados de consumo

energetico e que a obtencao de tais bases para estudo tem sido dificultada, devido a falta

de dados publicos disponıveis [22].

1.3 Organizacao

Desta forma, o Capıtulo 2 mostra toda a conjuntura da internet das coisas e da automacao

domestica, de modo que se faca entender como a implementacao e operacao de dispositivos

inteligentes se da hoje, na esfera residencial. O Capıtulo 3 apresenta a construcao do

dispositivo e de todo o sistema de gerenciamento desenvolvido, especificamente para este

prototipo. No Capıtulo 4 sera exibido todos os testes realizados ao entorno do projeto,

tanto no contexto do hardware, quanto do software. Ja o Capıtulo 5, mostrara uma

analise completa da solucao que projeto propoe, as limitacoes e dificuldades encontradas

e a sugestao para trabalhos futuros.

Ao termino deste trabalho, espera-se que o leitor esteja completamente integrado as

solucoes dos sistemas e servicos ligados aos dispositivos inteligentes e que toda a tecnologia

utilizada neste projeto, se mostre simples e de facil implementacao para quaisquer futuros

usuarios. Alem disso, pretende-se mostrar a importancia do gerenciamento, da coleta e

da analise dos dados do sistema, aplicadas a sociedade atual.

Capıtulo 2

Internet das Coisas e automacao

residencial

2.1 Internet das coisas

O mundo tornou-se inteligente agora. A maioria das atividades que sao realizadas no

dia a dia dependem de varias tecnologias [29]. Com isso, o conceito de Internet das

Coisas (Iinternet of Things - IoT) foi introduzido pelo crescimento da ampla rede global,

conhecida como Internet. Com o desenvolvimento da computacao ubıqua e mobilidade

em objetos inteligentes, novas oportunidades para a criacao de solucoes inovadoras para

varios aspectos da vida veem ganhando destaque. O conceito de IoT cria uma rede de

objetos que podem se comunicar, interagir e cooperar juntos para alcancar um objetivo

comum. Os dispositivos de IoT podem aprimorar nosso dia a dia, pois cada dispositivo

deixa de agir como unico, e se torna parte de todo um sistema conectado. Isso fornece os

dados resultantes a serem analisados para melhor tomada de decisoes, acompanhamento

de negocios e monitoramento de propriedades, de maneira remota [27].

A Internet das Coisas e um paradigma, onde todos os dias, objetos podem ser

equipados com identificacao, sensoriamento, e capacidades de processamento que lhes

permitirao comunicar-se uns com os outros atraves dos servicos pela Internet. Finalmente,

os dispositivos de IoT serao onipresentes, sensıveis ao contexto e com inteligencia ambiente

[35].

Ha muito tempo, tecnologias de sensoriamento sao empregadas na industria. RFID,

GPS, telemetria em automoveis e aeronaves sao bons exemplos de como isto esta inserido

5

no cotidiano das pessoas, ou seja, a ideia de comunicar maquina com maquina tambem

nao e nova. O que a Internet das Coisas retrata e um avanco no uso destas tecnologias

ja existentes, em termos de numeros e tipos de dispositivos conectados a Internet. Sua

proposta geral e de interligar dispositivos do cotidiano, tais como: eletrodomesticos, ele-

troeletronicos, detectores de fumaca, de presenca, etc. Os interligando na maior rede de

conexao do planeta, a Internet. Genericamente, a IoT mantem a promessa de criar uma

rede global de apoio a computacao onipresente [5]. Computacao ubıqua e conscientizacao

de contexto sao requisitos fundamentais da inteligencia ambiental, uma das principais

promessas da IoT [15]. Todo este ambiente criado, ja permite a interacao com usuarios e

tomada de decisoes.

Todo o universo de IoT, cheio de dispositivos inteligentes, interacao de maquinas

com seres humanos veem com um gigantesco compromisso de melhorar os negocios e a

vida das pessoas. Porem, como toda boa tecnologia, desafios tecnicos chegam juntos. Os

desafios sao imensos, principalmente os sociais. Seguranca e privacidade talvez sejam os

maiores no quesito social.

Ao passo que cada vez mais dispositivos estao integrados pela IoT, as ameacas a

privacidade do indivıduo se torna maior. Alem de preservar os dados, de forma a garantir

que eles nao sejam acessados por outrem, o problema de propriedade de dados precisa ser

definida, para que garanta o conforto por parte dos usuarios ao utilizarem dos servicos

de IoT. Polıticas de privacidade podem ser uma abordagem para garantir a privacidade

da informacao [1]. Porem, nao so a polıtica de garantia da privacidade dos dados deve

ser o bastante. Ferramentas de criptografia devem ser empregadas, como chaves cruciais

da garantia de seguranca. Para estabelecer criptografia na IoT, algoritmos precisam ser

mais eficientes e consumir menos energia, alem disso, esquemas eficientes de distribuicao

de chaves se fazem mais do que necessarios [17]. Alem da criptografia, o gerenciamento

de identidade e um componente importante de qualquer modelo de seguranca, com isso

identificadores sao essenciais para dispositivos IoT. Esses identificadores pode ser usados

para estabelecer identidades pessoais em instituicoes, identificar atividades ilegais entre

outras funcoes. Garantindo assim, que os objetos inteligentes sejam realmente quem eles

dizem que sao [4].

6

2.2 Sistemas embarcados

Colocar capacidade computacional dentro de um circuito integrado, equipamento ou sis-

tema. Esta e uma definicao para o que e um sistema embarcado. Note que um sistema

deve ser mais do que um simples computador. E um sistema completo e independente, mas

preparado para realizar apenas uma determinada tarefa. O usuario final nao tera acesso

ao programa que foi embutido no dispositivo, mas podera interagir com o equipamento

atraves de interfaces como teclados, displays, etc.

Diferente dos computadores, que rodam sistemas operacionais como base para que

outros aplicativos diversos sejam instalados e utilizados (cada um para uma aplicacao

diferente), os sistemas embarcados sao construıdos para executar apenas uma tarefa pre-

determinada. Muitas vezes nao tem flexibilidade (de software e de hardware) que os

permita fazer outra tarefa qualquer que nao sejam aquelas para qual foram desenhados

e desenvolvidos. A unica flexibilidade permitida e desejada e no caso de uma atualiza-

cao para novas versoes, fazendo com que o sistema possa ser reprogramado, geralmente

com correcoes ou novas funcoes que o tornam melhores. Mas isto sempre e feito pelos

fabricantes e quase nunca pelos usuarios finais.

Ha entao a necessidade de um “cerebro” que gerencie todo o funcionamento deste

sistema. Um microprocessador ou microcontrolador e a opcao ideal para esta funcao,

ja que ambos tem capacidade de fazer a leitura de sinais externos, executar programas

com as tarefas a serem feitas, processar os sinais e enviar para atuadores os resultados

esperados. Quando se programa e se desenvolve sistemas embarcados, costuma-se pensar

neles como entradas, saıdas, processamento, memorias, ambiente onde sera utilizado, etc.

Ja o usuario final se preocupa apenas em como utilizar este sistema e o que ele agrega

de valor a um produto, em termos de reducao de custos, aumento de funcionalidade e

aumento de desempenho [12]. A Figura 2.1, mostra a os elementos basicos de um sistema

embarcado.

7

Figura 2.1: Elementos basicos de um sistema embarcado

2.2.1 Modos de funcionamento de sistemas embarcados

Os dois modos de funcionamento dos sistemas embarcados, apresentados abaixo, sao de-

terminantes para saber como programar o dispositivo e como sera seu funcionamento e

comportamento na aplicacao para o qual foi desenhado.

• Reativo: o funcionamento se da como resposta a eventos externos, que podem

ser periodicos (caso de sistemas rotacionais ou de controles de loop) ou assıncronos

(pressionamento de um botao por parte do usuario). Ha, entao, uma necessidade de

entrada de dados para que acontecam as acoes de funcionamento. Geralmente nao

ha limite de tempo para que os sinais de entrada sejam acionados, pois dependem

da interacao com o usuario ou com o processo ao qual e destinado. Porem, a saıda,

funcao do sinal de entrada, deve ser realizada exatamente apos os sinais de entrada

comecar a atuar.

• Controle em tempo real: existem limites de tempo para executar cada tarefa

(leitura de sensor, emissao de sinais para um atuador, atualizacao de display, etc.).

8

Por isso mesmo, nem sempre tempo real e igual ao modo mais rapido de executar

uma tarefa. Estes modo de operacao, por serem cıclicos, nao dependem da entrada

se sinais para executar as atividades, sendo capaz de tomar decisoes referentes a

ausencia dos mesmo. Os sistemas de tempos real sao classificados em:

– Soft Real Time: As tarefas podem ser executadas em um intervalo de tempo

especıfico, sem consequencias graves se este limite de tempo nao for cumprido.

Um exemplo e um sistema bancario, onde apenas uma mensagem de erro apare-

cera se determinada tarefa nao for realizada dentro do tempo predeterminado.

A maior preocupacao durante a programacao dos dispositivos e relativa a repe-

ticao de procedimentos que podem ter seu prazo excedido e sobre as mensagens

de alerta ao usuario.

– Hard Real Time: As tarefas devem ser executadas em um tempo especıfico,

com consequencias graves se qualquer tarefa falhar. Como exemplo pode-se

pensar nos sistemas de controle de um aviao, onde uma falha pode resultar em

queda e perdas de vidas. A maior preocupacao durante a programacao dos dis-

positivos e sempre dispor de sistemas redundantes (duplicados) que empecam

ou alertem imediatamente caso algum processo falhe ou nao seja executado

dentro do tempo predeterminado.

2.2.2 Caracterısticas de um sistema embarcado

Como principais caracterısticas de um sistema embarcado tem-se a sua capacidade compu-

tacional e a sua independencia de operacao. Outros aspectos relevantes sao referentes aos

tipos de sistemas, modos de funcionamento e itens desejados em aplicacoes embarcadas.

O proposito geral sao aplicacoes mais parecidas com os computadores de mesa, mas

em embalagens embarcadas. Nelas costuma haver grande interacao entre os usuarios e o

sistema, geralmente atraves de terminais de vıdeo ou monitores. Como exemplo tem-se

os videogames, os conversores de TV a cabo, caixas de bancos, etc. Dado isto, podemos

tipificar os sistemas embarcados da seguinte maneira:

• Sistemas de controle: controles em malha fechada com realimentacao em tempo

real. Geralmente sao as aplicacoes mais robustas, com placas dedicadas e multiplos

9

sensores de entrada e saıda. Muitas vezes fornecem pouca interacao com o usua-

rio, mostrando sinalizacoes atraves de LEDs. Usados nos motores de automoveis,

processos quımicos, controle de voo, usinas nucleares, etc.

• Processamento de sinais: onde envolve um grande volume de informacao a ser

processada em curto espaco de tempo. Os sinais a serem tratados sao digitali-

zados atraves de conversores analogico-digitais (ADC), processados, e novamente

convertidos em sinais analogicos por conversores digitais-analogicos (DAC). Caso de

tratamento de audio, filtros, modens, compressao de vıdeo, radares e sonares, etc.

• Comunicacoes e redes: chaveamento e distribuicao de informacoes. Sistemas de

telefonia, telecomunicacoes e internet.

As caracterısticas mais desejadas em sistemas embarcados sao:

• Tamanho e peso: sempre os menores possıveis. Com a crescente miniaturizacao

dos equipamentos eletroeletronicos, os itens tamanho e peso sao fatores decisivos na

competitividade de um produto. Sem contar os custos envolvidos no envio de equi-

pamentos grandes e pesados, ja que um usuario pode adquirir um sistema embarcado

em qualquer parte do mundo.

• Consumo de energia: quanto maior for a autonomia do sistema e menor for sua

necessidade de recarga ou troca de sistema de alimentacao, mais competitivo sera

o produto, sem contar que as atuais legislacoes referentes ao consumo de energia

preveem a necessidade cada vez maior de eficiencia energetica.

• Robustez do equipamento: muitos sistemas embarcados sao projetados para

trabalhar em ambientes com condicoes adversas (vibracoes, calor, poeira, variacoes

na tensao de alimentacao, interferencias eletromagneticas, raios, umidade, corrosao,

etc.). E necessario resistir bravamente a todas estas interferencias e sobreviver.

Durante as ultimas decadas, sistemas embarcados em muitos domınios de aplica-

tivos foram transferidos para arquiteturas integradas, como plataformas. Essa tendencia

e impulsionada pelo objetivo de reduzir o tamanho e peso do equipamento, a potencia

dissipada e o numero de tipos de unidades de computacao, e assim facilitar e melhorar a

manutencao do equipamento. Esta evolucao se da, junto com a crescente necessidade de

mais funcionalidades para o uso de processadores de alto desempenho [20].

10

Desta forma, esta se tornando cada vez mais comum o surgimento de chips que

sao um sistema inteiro em uma unica pastilha, tambem conhecidos como SoC (Systems

on Chip). E o caso de microcontroladores que ja tem embutidos sensores (temperatura,

pressao, etc.), transmissores (RF), interfaces graficas para displays, etc.

Como exemplo, e mostrado na Figura 2.2, o diagrama de circuito do microcon-

trolador e seu modulo ethernet que foram utilizados neste projeto, o Arduino Uno R3

e Shield Ethernet. Isto permite montar um sistema embarcado que se comunique com

outros elementos, atraves de uma rede.

11

Figura 2.2: Diagrama de circuito original do Arduino Uno R3 e de seu modulo Ethernet

Shield

12

Em vista de todo o exposto nesta secao, durante a escolha do microcontrolador, o

mais importante e observar se os recursos que ele oferece suportam o objetivo do projeto.

O esquematico completo das duas placas esta exposto no Apendice B deste trabalho.

2.3 Automacao residencial

O objetivo da automacao residencial e controlar dispositivos atraves de um ponto de

controle central. Durante muitos anos esse conceito vem sendo utilizado, principalmente

usando dispositivos controlados por infravermelho, tendo como principal exemplo, o con-

trole remoto. Porem, inserido no conceito de internet das coisas, o tipo de comunicacao

deve ser mudado, uma vez que existirao muitos dispositivos a serem controlados ao mesmo

tempo e muitas das vezes, comunicando-se entre si. Por isso, em Alkar et al. [2] e proposta

uma solucao de baixo custo, onde os dispositivos sao conectados a um no central, atraves

de um servidor, bem proximo ao que e utilizado neste trabalho.

Portanto, as redes de automacao residencial compreendem sensores e atuadores

distribuıdos por toda a residencia, a fim de permitir que aplicacoes de monitoramento e

controle possam ser empregadas com o intuito de gerar conforto, gerenciamento residencial

e eficiencia para o usuario final. O conceito de WHAN - Wild Home Area Network

compreende uma gama de dispositivos, que podem ser alimentados por bateria e equipados

com frequencia de radio de baixa potencia. O uso da comunicacao por radio frequencia

permite uma flexibilidade adicional, removendo a necessidade de instalacao de cabos.

Entretando, a dinamica da radio propagacao, limitacao de recursos e mobilidade de alguns

dispositivos sao os desafios para o design das WHANs [19].

Automacao residencial permite uma serie de exemplos, alguns deles podem ser

vistos abaixo:

• Energia inteligente: Ar condicionado, ventiladores, persiana e afins. Podem ser

controlados e regulados obtendo parametros, tais como: umidade, temperatura,

luz e presenca. O proposito principal deste tipo de exemplo e o de economizar

energia eletrica. Alem desses aparelhos citados, medidores inteligentes podem ser

empregados para detectar picos de uso e gerar alertas.

• Controle de luzes: Os interruptores de luz podem ser controlados a partir de

qualquer local da casa, reduzindo a necessidade de mais conexoes com fio. Sensores

13

de presenca podem tambem ser utilizados para detectar presenca e serem automa-

ticamente ligados.

• Seguranca: Alarmes, detectores de fumaca, sensor de movimento podem ser usados

para detectar situacoes de risco.

• Assistencia Remota: Idosos, pacientes, deficientes podem ser controlados de ma-

neira remota, com a intencao de acelerar a resposta de uma possıvel ambulancia ou

parente, por exemplo.

Para ilustrar a situacao descrita acima, a Figura 2.3 mostra uma possıvel casa

inteligente.

Figura 2.3: Casa inteligente

14

2.3.1 Medidores inteligentes

Como o enfoque deste trabalho e o projeto de um medidor inteligente, no ambito da

internet das coisas, esta subsecao da uma maior atencao para esses dispositivos, que sao

de suma importancia no contexto atual de automacao residencial.

A tarefa de um medidor de energia, de maneira geral, e controlar o consumo de

energia de uma premissa e enviar essa informacao para a empresa concessionaria [36].

Sao a modernizacao dos sistemas eletricos existentes. Com isso, aumenta-se a capacidade

de monitoracao dos clientes ao redor de cada rede e da rede como um todo. Pode-se

entao controlar o uso em funcao da hora do dia, desconectar um cliente via software,

ou ate enviar alarme em caso de mal funcionamento. Alem disso, e possıvel programar

a utilizacao de dispositivos interligados na rede, permitindo seu funcionamento apenas

durante horarios pre determinados, por exemplo, evitando horarios de pico [23]. Embora

seu uso traga varios benefıcios, ha uma serie de preocupacoes de seguranca quanto a sua

utilizacao. Uma preocupacao particular se da ao respeito dos impactos de seguranca e

privacidade e violacao de medidor inteligente [36].

Um sistema onde estao inseridos medidores inteligentes incluem um medidor inte-

ligente, infraestrutura de comunicacao e controle de dispositivos. Estes medidores podem

se comunicar e executar comando de controle remotamente, bem como localmente. Podem

ser usados para monitorar, mas tambem para controlar eletrodomesticos e eletroeletroni-

cos e dispositivos gerias nas instalacoes do cliente. Tambem podem coletar informacoes de

diagnostico da rede eletrica, bem como se comunicar com outros medidores ao seu redor

[14].

Na Figura 2.4, pode ser visualizado um esquema convencional de medicao de ener-

gia, comparado ao modo onde o medidor inteligente e utilizado.

15

Figura 2.4: Arquitetura convencional e inteligente de medicao

As duas principais diferencas entre o projeto deste trabalho e os medidores co-

mumente difundidos na literatura, e que neste trabalho, o medidor nao e instalado no

quadro geral de uma residencia, mas sim em uma tomada convencional, com a finalidade

de medir o consumo naquele determinado ponto. o outro diferencial se da a respeito da

cobranca de energia. Os modelos convencionais servem para gerar flexibilidade, agilidade

e comodidade a concessionaria de energia na questao do controle e cobranca de seus clien-

tes, ja esse projeto mira no monitoramento e analise do consumo pelo cliente, tendo como

principal beneficiado o usuario e nao a concessionaria. Nada impede este projeto de ser

utilizado no quadro geral de energia da casa. Porem, ele continuara tendo como alvo o

cliente e nao a concessionaria.

A selecao da rede de comunicacao e dos protocolos de comunicacao sao de extrema

importancia e devem satisfazer muitos requisitos. As tecnologias de comunicacao a serem

escolhidas devem ter custo eficiente, fornecer boa faixa de transmissao, melhores recursos

de seguranca, largura de banda, qualidade de energia e numero possıvel de repeticoes.

Diversos protocolos sao propostos para gerar a interface entre os medidores e a rede

de comunicacao. O protocolo IP e uma alternativa amplamente usada devido as suas

vantagens sobre outras tecnologias, satisfazendo as normas de seguranca das comunicacoes

16

de rede inteligente [30].

Seguranca e privacidade nos medidores inteligentes

Como toda rede e interligada por diversos dispositivos, essa infraestrutura se torna vul-

neravel a ataques [31]. Os ataques podem ser realizados em varias partes do enlace, tais

como: por pessoas de fora, clientes ou ate mesmo da propria concessionaria de energia.

Independentemente de onde venha o ataque, o alvo e normalmente o proprio contador

inteligente, ou os dados transmitidos/recebidos pela rede.

Em breve, sera possıvel adquirir um dispositivo inteligente ”modificado”a fim de

burlar o sistema de monitoramento como atualmente se ve em servicos de TV paga [31].

Outro ponto extremamente importante se da em relacao a privacidade do cliente. Isso

ocorre pelo fato dos smart meters serem vulneraveis as informacoes armazenadas de cada

cliente, informacoes essas, que podem ser acessadas da mesma maneira, tais como: com-

portamento de cada cliente e informacoes pessoais. Analisando os requisitos de seguranca

e privacidade em sistemas complexos, tais como em redes inteligentes, e um fator crucial

na prevencao de falhas ou eventos que podem influenciar ou comprometer a confiden-

cialidade, integridade e disponibilidade dos diferentes sistemas envolvidos no apoio aos

processos do sistema de rede inteligente [9].

2.3.2 Eficiencia energetica

Para economizar energia eletrica em uma casa, e essencial monitorar onde e como a

energia e consumida. Para maximizar a eficiencia da conservacao de energia, e necessario

fazer com que o sistema de monitoracao de energia consuma pouco, ao qual os sistemas

tradicionais dao menos atencao [32].

O Brasil passa por uma escassez de recursos hıdricos, que fornecem subsıdios para

geracao de energia eletrica. Os blackouts, tambem conhecidos como “apagoes”, se in-

tensificaram principalmente em nıvel regional nos ultimos dez anos. Assim, os orgaos

e entidades governamentais veem realizando campanhas constantes para conscientizar a

populacao a fazer o uso racional de energia eletrica. Habitos de uso simples podem ter um

grande impacto quando replicado. Com o detalhamento do gasto, os consumidores tem

informacoes para mudar alguns habitos, como mudar o horario do banho, e realizar acoes

pontuais, como troca da borracha da geladeira ou ate troca de determinado equipamento

17

da residencia que esta consumindo energia acima da media. Portanto, acreditamos que

se os consumidores souberem o quanto cada equipamento da sua residencia consome por

mes, eles poderao criar formas de economizar energia [3].

O aumento no consumo de energia nao e um problema so do Brasil. O consumo

de eletricidade na China, por exemplo, aumentou de 2170TWh para 5920TWh, com taxa

de crescimento anual de 10,55% entre 2006 e 2016 [16].

Por isso, este trabalho se apresenta como uma possıvel solucao para fornecer algum

tipo de controle do consumo de energia eletrica atraves do monitoramento dos gastos, na

esfera da Internet das Coisas.

Capıtulo 3

O projeto do dispositivo

Hoje, podemos observar que no mercado internacional, ha uma grande competitividade

entre fabricantes de dispositivos inteligentes. Alem disso, ha uma crescente demanda por

gadgets como este [28]. Com isso, enxerga-se a necessidade de realizar um projeto, cuja

finalidade seja nao so de distribuicao livre, mas tambem de baixo custo, para que qualquer

pessoa possa realiza-lo.

3.1 Proposta do modelo

Este capıtulo tem como proposito, definir o projeto completo do dispositivo inteligente.

A arquitetura utilizada, os componentes que fazem parte do harwdare escolhido, o geren-

ciador (software) do sistema e todas as tecnologias usadas para o projeto como um todo.

Com isso, cada parte do projeto sera muito bem descriminada, ja que um dos objetivos

do trabalho e um modelo de desenvolvimento que promove um licenciamento livre para

a esquematizacao do produto e a distribuicao do conhecimento para que qualquer um

consulte, examine ou modifique o prototipo.

Como dito acima, todas as etapas da construcao e desenvolvimento do dispositivo

serao mostradas ao longo deste capıtulo. Entao, para que o presente trabalho se mostre

didatico no que se diz respeito a transferencia de conhecimento, estruturou-se uma divisao

que segue os padroes do modelo OSI, isto e, cada secao falara de uma ou mais camadas

de funcao, como o objetivo de ambientar o leitor em qual camada cada parte do sistema

esta operando.

19

3.1.1 O sistema de monitoramento

O projeto do sistema para o monitoramente e analise do consumo energetico residencial

sera constituıdo basicamente por duas partes:

• O hardware, constituıdo por: um sensor, um microcontrolador e uma placa de rede,

configurando um dispositivo de computacao embarcada;

• O software, composto por: um sistema de coleta, analise de dados e gerenciamento

do consumo energetico do usuario, que deve ser executado em um servidor ou na

nuvem.

Antes de qualquer construcao fısica ou logica, e de suma importancia que se entenda

o proposito do sistema. Com isso, o modelo segue alguns seguintes requisitos.

3.1.2 Requisitos do sistema

Como todo produto, existem algumas obrigacoes que se fazem necessarias, para que o

mesmo torne-se viavel no que se refere a sua utilidade, vantagem e eficiencia. Assim

sendo, ha de se atender alguns requisitos:

• O dispositivo deve possuir um baixo custo de producao;

• O dispositivo deve ser de tamanho reduzido, de modo a adequar-se a uma tomada

residencial;

• A comunicacao entre o dispositivo e a rede deve utilizar uma tecnologia que seja

simples - plug and play, de baixo consumo energetico e preferencialmente que ja

esteja presente no cotidiano do usuario final;

• Os componentes eletronicos que estao inseridos no dispositivo tem de suportar os

parametros eletricos da rede;

• O microcontrolador deve dispor de tecnologia compatıvel com todos os itens descri-

tos acima.

20

3.2 Planejamento e montagem do dispositivo

Com a finalidade de construir o medidor, e fundamental, primeiramente, que se possa ser

capaz de desenvolver a parte fısica do projeto, ou seja, os componentes fısicos que compoem

o circuito eletronico que foi desenvolvido. Visto isso, sendo o unico artefato de hardware

presente no projeto, o medidor e o item cuja transferencia para o mercado exigiria maior

esforco e investimento. Por isso, optou-se por utilizar uma tecnologia bastante simples e

popular, o Arduino. Isto permite que o medidor seja implementado facilmente por futuros

usuarios. Desta forma, a transferencia desta tecnologia se dara de forma aberta, ja que o

Arduino e uma plataforma de prototipagem eletronica de hardware livre e de placa unica.

A Figura 3.1 ilustra a arquitetura de camada fısica do dispositivo.

Figura 3.1: Diagrama de blocos da camada fısica

3.2.1 Montagem do circuito eletronico

O Arduino e um microcontrolador composto por algumas linhas de E/S digital e ana-

logica, alem de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao hospedeiro. No caso

deste trabalho, utilizou-se o conhecido Arduino Uno, que utiliza um microcontrolador AT-

mega328, com memoria Flash de 32KB, SRAM de 2KB e EPPROM de 1KB. Alem de ser

facil de manipular, possuir um preco extremamente acessıvel, a placa vem com conectores

expostos, permitindo que a placa possa ser interligada a outros modulos e ate mesmo a

circuitos analogicos. A placa em si nao tem qualquer recurso de rede, por isso, utilizou-se

o Ethernet W5100 para que fosse possıvel estabelecer a conexao entre o Arduino e a rede.

Portanto, antes de explicar todo o conceito eletronico relacionado a prototipacao

do circuito, deve-se estabelecer uma lista de material utilizado na concepcao do harwdare,

como e descrito na Tabela 3.1.

21

Componente Quantidade Preco

Arduino Uno 1 R$35.00

Ethernet Shield W5100 1 R$30.00

Sensor de Corrente YHDC SCT-013 1 R$39.90

Rele 5V 2 Canais (Modelo SRD-05VDC-SL-C) 1 R$12.90

Protoboard 400 pinos 1 R$12.90

Resistor de 470kΩ 2 R$0.20

Resistor de 33Ω 1 R$0.10

Capacitor Eletrolıtico de 10µF 1 R$0.10

Conector Jack P2 Audio 3.5mm 1 R$3.70

Jumpers 15 R$5.00

Cabo de Cobre Paralelo 2.5mm 1m R$2.00

Extensao Eletrica 1 R$10.00

Plugue Macho de 10A 1 R$2.00

Total 28 R$153.80

Tabela 3.1: Tabela de componentes utilizados

Durante o planejamento do projeto, encontrou-se algumas opcoes no mercado para

o sensor de corrente. Porem, como se queria usar um modelo plug and play, a melhor alter-

nativa foi empregar um sensor nao invasivo, neste caso, o YHDC SCT-013, com capacidade

de leitura de ate 100A e com uma margem de erro de 3 %. Para que esta estrutura fosse

atendida, alguns requisitos se fizeram necessarios. Como se sabe, os pinos analogicos do

Arduino so leem valores de tensao, ou seja, ha de se projetar um circuito analogico para

que essa corrente percorra um resistor e assim, converta os valores de corrente gerados

pelo sensor em valores de tensao. Dado isso, deve-se entender o funcionamento do sensor

de corrente, como pode ser visto na Figura 3.2.

22

Figura 3.2: Esquema do sensor de corrente

Como este trabalho faz a medicao da corrente sem a necessidade de contato eletrico,

esse sensor de corrente alternada utiliza as propriedades magneticas da corrente eletrica.

A lei de Ampere diz que todo condutor por onde flui uma corrente eletrica induz ao

seu redor um campo magnetico proporcional a corrente. A corrente alternada tem a

peculiaridade de se comportar com variacao senoidal, sendo assim sua intensidade varia

ao longo do tempo, indo do maximo positivo ao maximo negativo. Esse comportamento

oscilatorio tem uma frequencia que pode ser de 50Hz ou de 60Hz, conforme o paıs ou

regiao. No Brasil e adotado a frequencia de 60Hz, ou seja: a corrente eletrica varia entre

um ciclo completo 60 vezes em 1 segundo. Como o campo magnetico e proporcional ao

valor de corrente, o campo magnetico gerado ao redor do condutor percorrido por uma

corrente alternada ira variar ao logo do tempo conforme a variacao da mesma. A lei

de Faraday diz que um campo magnetico que varia ao longo do tempo induz em uma

espira uma forca eletromotriz que gera um corrente eletrica proporcional a intensidade

do campo magnetico. A partir dos conceitos fısicos apresentados, existem uma grande

gama de sensores de corrente que usam essas propriedades magneticas. Esses sensores sao

conhecidos como TC - transformadores de corrente.

Um transformador de corrente, e um conjunto de espiras que sao colocadas ao redor

de um condutor ao qual deseja-se medir a corrente. O transformador de corrente (TC) tera

em seus polos uma corrente alternada induzida, que e proporcional a corrente alternada

que percorre o condutor ao qual pretende-se medir a corrente eletrica. A corrente induzida

no TC tambem sera inversamente proporcional ao numero de espiras de sua bobina. Esse

sensores sao divididos em 2 modelos: Os split-core (nucleo dividido) e os solid-core (nucleo

23

solido).

O modelo de sensor utilizado neste trabalho (SCT-013) e do tipo split-core (Split-

core Current Transformer), isto e, transformador de corrente de nucleo dividido. Para

fazer fazer a medicao da corrente eletrica, o SCT-013 possui uma bobina interna em sua

estrutura, como e exposto na Figura 3.3.

Figura 3.3: Interior do sensor de corrente

Com base nesse princıpio de funcionamento, foram criados diferentes tipos de senso-

res nao invasivos, como pode ser observado em seu datasheet, com o objetivo de atenderem

os mais diversos cenarios. As duas principais diferencas sao a corrente eficaz maxima a

ser medida - input current e o tipo de saıda do sensor - output type, como pode ser visto

na Figura 3.4.

Figura 3.4: Tipos de sensores nao invasivos fabricados pela YHDC

24

E possıvel observar que somente o modelo SCT-013-000 apresenta uma variacao

de corrente em sua saıda de 0-50mA, ja os outros modelos apresentam uma variacao de

tensao de 0-1V, onde por meio destas variacoes e possıvel mensurar a corrente eletrica.

Em consequencia disto, a cada aproximadamente 1 Ampere lido, sua saıda sera de 0.5mA

para mais ou para menos.

Agora com a compreensao do funcionamento do sensor de corrente, e possıvel de-

monstrar o esquematico do circuito analogico de adaptacao entre o sensor e o Arduino.

Para conectar um sensor TC ao Arduino, o sinal de saıda do sensor TC precisa ser condici-

onado de modo que atenda aos requisitos das entradas analogicas do Arduino, isto e, uma

tensao positiva entre 0V e a tensao de referencia ADC - Analog-to-Digital Converters.

Isto pode ser observado na Figura 3.5, dividindo-o em duas partes principais: o sensor

TC, o resistor de carga e o divisor de tensao de polarizacao (R1 e R2).

Figura 3.5: Interface sensor-Arduino

25

O sensor utilizado opera em uma faixa que vai de 0 a 100A. Para o exemplo acima,

escolheu-se 100A como corrente maxima. Convertendo a corrente maxima RMS para a

corrente de pico e multiplicando por√

2, segue que:

Corrente de pico primaria = Corrente RMS.√

2

100 · 1.414 = 141.4A

Divide-se entao, a corrente de pico pelo numero de voltas no TC, a fim de dar a

corrente de pico na bobina secundaria. Como o sensor em questao tem 2000 voltas, entao

a corrente de pico secundaria sera:

Corrente de pico secundaria =Corrente de pico primaria

nº de voltas=

141.4

2000= 0.0707A

Para maximizar a faixa dinamica, a tensao atraves do resistor de carga na corrente

de pico deve ser igual a metade da tensao de referencia analogica (AREF/2).

Resistencia de carga ideal =AREF

2

AREF

2 · Corrente de pico secundaria=

5V

2 · 0.0707A= 35.4Ω

Como 35Ω nao e um valor de resistencia comercial, deve-se utilizar valores mais

proximos. Neste trabalho, foi usado o de 33Ω. Escolheu-se um valor menor que 35.4Ω,

pois a corrente de carga maxima poderia criar uma tensao superior a AREF . Os resistores

(R1 e R2) de 470Ω foram utilizados para manter o consumo de energia no mınimo possıvel.

A respeito do capacitor, o valor de 10µF foi escolhido por possuir uma baixa reatancia

(algumas centenas de ohms), fornecendo um caminho para a corrente alternada a fim de

ignorar o resistor. Assim sendo, o layout do dispositivo fısico e mostrado na Figura 3.6.

26

Figura 3.6: Layout do dispositivo

27

3.3 Programacao do dispositivo

Em relacao a programacao do dispositivo, deve-se levar em consideracao algumas limi-

tacoes que o mesmo possui, bem como o espaco de memoria flash (apenas 2KB), com

base nisto, a programacao foi otimizada para consumir a menor quantidade de memoria

possıvel. Durante todo este processo, foi utilizada o Arduino IDE, uma aplicacao multi-

plataforma, que inclui um editor de codigo, sendo capaz de compilar e carregar programas

para a placa com um unico clique. Com isso nao ha a necessidade de editar makefiles ou

rodar programas em ambientes de linha de comando.

A captura dos dados lidos pelo dispositivo foi feita utilizando a biblioteca Emon-

Lib, com uma taxa de amostragem de 1480 amostras por segundo, respeitando assim o

teorema de Nyquist. Essa biblioteca de codigo aberto, foi desenvolvida por um projeto

denominado Open Energy Monitor [26]. No caso deste projeto, o unico dado lido foi o de

corrente, empregando uma funcao presente nesta biblioteca - emon1.calcIrms(), onde o

unico parametro que a funcao recebe e quantidade de amostras que deseja coletar. Devido

a falta de opcoes e problemas na obtencao de um sensor de tensao no mercado (existindo

apenas um, o GBK-P8) que fosse capaz de fazer uma interface com o Arduino, assumiu-

se uma tensao de 127 V ao decorrer da coleta dos dados, para que no fim, pudesse ser

calculada a potencia consumida pelo usuario.

Para que toda a estrutura do sistema possa funcionar como se deseja, algumas

consideracoes devem ser feitas:

• A unidade de corrente RMS lida pelo sensor e dada em Amperes;

• Como a tensao na rede e dada em Volts, a potencia consumida e dada em Watts;

• Foi utilizado o temporizador interno do Arduino para determinar o tempo de cada

amostra, e seu padrao de timestamp e: ’YYYY-MM-DD HH:MM:SS’;

• As informacoes enviadas pelo dispositivo sao: corrente, potencia e tempo.

Como era necessario enviar os dados lidos para a rede, optou-se por utilizar o

Arduino tambem como webserver. Este microcontrolador possui diversas funcionalidades

que vao alem do controle em si. A viabilidade de utiliza-lo como servidor web e possıvel,

acoplando-se uma placa ethernet a ele, o que foi feito. Com isso, foi possıvel mostrar os

28

dados coletados em tempo real pelo dispositivo, alem de proporcionar outras vantagens,

que serao abordadas na proxima secao.

3.4 Arquitetura de rede

Na secao anterior, foi mostrado como se deu a montagem, tanto fısica como logica, do

dispositivo em questao. Nesta secao, sera mostrada toda a arquitetura de rede utilizada

pelo sistema. Portanto, alem do sensor e do microcontrolador, o uso de uma placa de rede

(ethernet shield), de uma interface de comunicacao e de um equipamento (roteador) que

fosse capaz de enviar estes dados ao servidor. Na Figura 3.7 pode ser visto o diagrama

de blocos de todo o sistema.

Figura 3.7: Arquitetura de rede do sistema

Apos coletadas as medidas feitas pelo sensor e processadas pelo microcontrolador,

era necessario enviar os dados para rede. Neste caso, usou-se uma interface com fio (cabo

ethernet) que conectava o roteador ao Arduino. Apos os pacotes de dados chegarem

ao roteador, o mesmo os enviava ao servidor web atraves da internet. Os dados entao,

eram armazenados nesse servidor e mostrados ao cliente por meio de uma pagina web.

Optou-se por utilizar a arquitetura TCP/IP, nao so pelo fato de ser o modelo atualmente

predominante, mas tambem devido a facilidade de encaminhamento de dados atraves da

internet, alem de 67.9% das residencias no Brasil possuırem acesso a internet [21], o que

da viabilidade ao projeto.

29

A tecnologia cliente-servidor e uma arquitetura na qual o processamento da in-

formacao e dividido em modulos ou processos distintos. Um processo e responsavel pela

manutencao da informacao (servidores) e outros resposaveis pela obtencao dos dados (cli-

entes). De acordo com o modelo utilizado, a topologia de rede implementada no projeto

pode ser vista na Figura 3.8.

Figura 3.8: Topologia de rede utilizada

Apos apresentada a parte fısica e a arquitetura de rede utilizada, o projeto do

dispositivo ficou da maneira que e mostrado na Figura 3.9.

Figura 3.9: Layout do prototipo

30

Com isso, o prototipo foi montado, e e apresentado na Figura 3.10.

Figura 3.10: Dispositivo completamente montado

Na Figura 3.10 acima, os numeros correspondem aos seguintes elementos:

1. Arduino acoplado a Ethernet Shield;

2. Circuito adaptativo entre o Arduino e o sensor;

3. Sensor de corrente;

4. Roteador;

5. Rele;

6. Fonte de alimentacao 5V do Arduino;

7. Extensao para ligar os aparelhos;

8. Cabo Ethernet.

31

3.5 Gerenciador do sistema

Com o proposito de atender os requisitos do sistema, se faz necessario a construcao de

uma gerencia para o dispositivo. Para isso, foram empregadas ferramentas de desenvol-

vimento de software. Toda a aplicacao que gere o sistema, foi desenvolvida utilizando

linguagens web. Os codigos relacionados a aplicacao estao disponibilizados no apendice A

deste trabalho. Entao, optou-se por uma aplicacao web ja que a mesma apresenta certas

vantagens, tais como:

• Facilidade no acesso, uma vez que de qualquer local pode-se acessar as informacoes

contidas na aplicacao;

• Acesso a aplicacao sem necessidade de instalar nada no computador. Somente uti-

lizando um browser, o acesso e permitido;

• O custo de manutencao da aplicacao e muito mais acessıvel, ja que depende exclu-

sivamente de um servidor web, diferente de uma aplicacao desktop, que precisaria

de toda uma estrutura propria e uma rotina de backup de dados;

• A atualizacao da aplicacao outro diferencial, quando algo precisa ser mudado e so

subir todas as informacoes em um unico lugar;

• Escalabilidade no processamento. Se por algum motivo for necessario aumentar os

recursos, basta acionar o servidor de hospedagem e realziar o processo de upgrade.

3.5.1 Servidor

E de suma importancia a escolha do servidor que ira rodar a aplicacao. No caso deste

projeto, escolheu-se o XAMPP. Uma distribuicao Apache simples e leve que torna extre-

mamente facil para os desenvolvedores criarem um servidor web local para fins de testes e

implantacao. Tudo o que e necessario para configurar um servidor da Web - aplicativo de

servidor (Apache), banco de dados (MariaDB) e linguagem de script (PHP) esta incluıdo

em uma unica aplicacao. O XAMPP tambem e multiplataforma, o que significa que fun-

ciona igualmente bem em Linux, Mac e Windows. Como neste trabalho foi utilizado um

servidor do tipo localhost, a configuracao ficou como mostra a Figura 3.12.

32

Figura 3.11: Tela de configuracao - XAMPP

E importante lembrar que como fora usado um servidor local - localhost, o endereco

de IP e o mesmo - 127.0.0.1. Portanto e necessario que as aplicacoes que estejam rodando,

encontrem-se em portas diferentes. Diante disso, o servidor web fica configurado na porta

8095 e o servidor do banco de dados (Maria DB) na porta 3306, a fim de que nao haja

conflito no momento da comunicacao.

3.5.2 Desenvolvimento da aplicacao

O desenvolvimento de uma aplicacao web pode ser dividido nas seguintes partes: banco

de dados, back end e front end. Neste exemplo, o front-end e o back-end sao aplicativos

totalmente diferentes, que podem inclusive ser desenvolvidos por diferentes equipes e

escritos em diferentes linguagens de programacao, como mostrado na Figura 3.13.

33

Figura 3.12: Separacao do front-end e do back-end

Banco de dados

Como era necessario enviar, armazenar e consultar os dados lidos pelo sensor, a utiliza-

cao de um banco de dados foi indispensavel. Para isso, escolheu-se utilizar o MySQL,

por se tratar de um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD) totalmente

gratuito e tambem por possuir compatibilidade com diversas linguagens de programacao.

Como ferramente de design do banco, escolheu-se o MySQL Workbench, por integrar

desenvolvimento, administracao, design e manutencao de SQL em um unico ambiente de

desenvolvimento integrado para o sistema de banco de dados MySQL. Neste caso, o banco

de dados possui uma tabela (tabela arduino final), com os campos: id, tempo, corrente

e potencia. O campo id e uma variavel inteira, auto incrementada, que serve para dar

uma referencia de linha da amostra coletada. O campo tempo e uma variavel do tipo

timestamp que aponta o tempo exato que a amostra foi colida. O campo corrente (em

Amperes) e potencia (em Watts) sao variaveis do tipo double, ou seja, pontos flutuantes.

Para ilustrar, recortou-se as cinco primeiras linhas, como msotrado na Tabela 3.2.

34

id tempo corrente potencia

1 2018-01-06 22:02:31 0.20 25.00

2 2018-01-06 22:02:37 0.26 32.78

3 2018-01-06 22:02:43 0.23 29.24

4 2018-01-06 22:02:49 0.25 31.80

5 2018-01-06 22:02:55 0.25 31.98

Tabela 3.2: Tabela de dados coletados do dispositivo

A fim de dar alguma seguranca ao usuario, foi criado um sistema de login para

acessar a aplicacao. Este sistema necessita de uma autenticacao em um banco de dados.

Portanto, criou-se uma outra tabela (tabela usuarios) para realizar esta tarefa. Esta

tabela possui tres campos: id, login e senha. O campo id e uma variavel inteira, auto

incrementada (assim como na tabela anteriormente mostrada), o campo login e uma

variavel inteira contendo o nome do usuario e o campo senha tambem e uma variavel

contendo a senha do usuario. O recorte pode ser visto na Tabela 3.3.

id login senha

1 Igor 123

2 Lucas 123

3 teste 222

Tabela 3.3: Tabela de usuarios

Back end

Um website ou aplicativo web dinamico e uma soma de camadas - estrutura, design, con-

teudo e funcionalidade. A tecnologia e a programacao que “acionam” um site, o que o

usuario final nao ve, mas o que faz o site funcionar, e chamado de back-end. Consis-

tindo em um servidor, em um banco de dados e nos aplicativos do lado do servidor, e a

funcionalidade de bastidores, o cerebro de um site. Dentre os principais propositos desta

parte, estao: administracao do banco de dados, escalabilidade, questoes de seguranca,

autenticacao, autorizacao, etc.

Para o desenvolvimento desta parte, foi escolhido utilizar o PHP, uma linguagem

interpretada livre, usada originalmente apenas para o desenvolvimento de aplicacoes pre-

35

sentes e atuantes no lado do servidor, capazes de gerar conteudo dinamico na World Wide

Web. Construir uma pagina dinamica baseada em bases de dados e simples com PHP,

este prove suporte a um grande numero de bases de dados, dentre elas, o MySQL.

Front end

O desenvolvimento do front-end para um site ou aplicativo web tem a meta de criar uma

interface de interacao entre o usuario e a aplicacao. O codigo e executado dentro do

navegador do usuario. Neste trabalho, optou-se por utilizar o HTML, CSS e JavaScript

como ferramenta nesta parte do desenvolvimento. O HTML e a espinha dorsal de qualquer

processo de desenvolvimento de website. E ele que fornece uma estrutura geral de como

o site ficara. O CSS controla o aspecto de apresentacao do site e permite que tenha uma

aparencia unica. Ja o JavaScript e uma linguagem imperativa baseada em eventos, que e

usada para transformar uma pagina HTML estatica em uma interface dinamica.

Outro ponto importante do presente trabalho, foi o de escolher qual metodo se

utilizaria para gerar os graficos de consumo. Para isso, foi escolhido a API do Google

Charts. A API de graficos do Google e um servico interativo que cria graficos a partir de

dados fornecidos pelo usuario. Os servidores do Google criam uma imagem PNG de um

grafico a partir de dados e parametros de formatacao especificados pela solicitacao HTTP

de um usuario. O servico suporta uma ampla variedade de informacoes e formatacao

de graficos. Os usuarios podem incorporar esses graficos de forma conveniente em uma

pagina da Web usando uma tag de imagem simples.

Interface da aplicacao

Como o objetivo da aplicacao era gerenciar o dispositivo, haveria de se construir uma

interface simples e intuitiva ao usuario, com a intencao de facilitar a interacao com a

plataforma. Na Figura 3.14 pode ser vista a tela de login do usuario, que e acessada

atraves da URL: http://localhost:8095/arduino_final/php7/login/login.php

http://localhost:8095/arduino_final/php7/login/login.php

36

Figura 3.13: Tela de login

Com o intuito de gerar seguranca ao usuario, ao logar na aplicacao, e gerado uma

secao ”PHPSESSID”, para que o usuario tenha somente acesso as funcionalidades referen-

tes a ele. Alem disso, esta funcao cria uma secao unica e exclusiva para aquele determi-

nado usuario, ou seja, impede que seja acessada utilizando a URL: http://localhost:

8095/arduino_final/php7/login/conteudo.php, sem que o login tenha sido realizado

anteriormente. Portanto, ao efetuar o login, o usuario e direcionado a pagina, como

apresentado na Figura 3.15.

Figura 3.14: Menu de opcoes

http://localhost:8095/arduino_final/php7/login/conteudo.php

http://localhost:8095/arduino_final/php7/login/conteudo.php

37

Desta maneira, o usuario pode escolher entre tres opcoes: Historico, Graficos e

Sensor. Ao escolher a opcao Historico, ele sera direcionado a proxima tela, como mostra

a Figura 3.16.

Figura 3.15: Historico das medicoes

E possıvel tambem escolher a opcao Graficos, o que leva o usuario a visualizacao

dos graficos de consumo, obtido atraves dos dados colidos pelo dispositivo. A Figura 3.17

mostra esta tela.

Figura 3.16: Opcoes de graficos

38

Assim sendo, o usuario pode escolher qual perıodo de medicao ele deseja visualizar.

Utilizando como exemplo, segue na FIgura 3.18, o grafico de consumo total.

Figura 3.17: Grafico do consumo total

E por fim, ao clicar em Sensor, o usuario sera direcionado ao IP do Arduino, que

tambem funciona como webserver. Nesta tela, o usuario tambem pode clicar no botao

de Liga/Desliga para acionar o rele que controla a medicao do dispositivo. Esta tela e

apresentada na Figura 3.19.

Figura 3.18: Medida instantanea do sensor

Capıtulo 4

Testes e experimentos

Diversos aspectos de um projeto devem ser levados em consideracao durante sua execucao.

Em relacao ao dispostivo, e importante que os parametros possam ser medidos, com a

finalidade de observar seus resultados praticos. Portanto, neste capıtulo, sao apresentados

os ambientes de testes, criterios de qualidade, as metodologias utilizadas e os resultados

obtidos. Por isso, o ambiente de testes foi divido em duas partes: teste fısico e teste logico

(Arduino)

4.1 Testes fısicos

Antes de qualquer teste logico, deve-se garantir que a parte fısica do projeto esteja em com-

pleto funcionamento. Para isso, inicialmente, realizou-se testes utilizando um multımetro,

para que os valores dos componentes utilizados no circuito e as tensoes estabelecidas no

projeto, fossem comprovados na pratica. Sendo assim, foi utilizado o multımetro Minipa

ET-2042E para realizacao deste teste. Deste modo, os valores podem ser observados na

Tabela 4.1 e na Figura 4.1.

40

Elemento Valor Teorico Valor Medido Erro %

Resistor de 470kΩ 470kΩ 463.9kΩ 1.3

Resistor de 33Ω 33Ω 32.7Ω 0.9

Capacitor Eletrolıtico de 10µF 10µF 10.7 µF 7

Tensao entregue pelo Arduino 5V 4.795V 4.1

Tensao no Resistor de 470kΩ 2.5V 2.374V 5

Tabela 4.1: Tabela de comparacao dos valores teoricos com os valores medidos

Figura 4.1: Medidas realizadas com o multımetro

E possıvel perceber que os valores medidos se aproximam muito dos valores teoricos,

o que e bastante aceitavel, tendo em vista o custo de implementacao do dispositivo. O

multımetro em questao possui precisao de 0.5%, segundo o fabricante.

41

4.2 Testes logicos

Apos a verificacao do funcionamento correto de toda a parte fısica do projeto, foi dado

prosseguimento para os testes logicos, envolvendo o Arduino. O primeiro teste realizado foi

o de confirmar o funcionamento da biblioteca de medicao de corrente (EmonLib). Ou seja,

aplicou-se as funcoes inseridas nesta biblioteca e imprimiu os valores lidos no monitor serial

do Arduino. Para aferir a variacao de corrente, ligou-se mais equipamentos na determinada

tomada, visualizando assim, um incremento nos valores de corrente instantanea, como

exibido na Figura 4.2.

Figura 4.2: Teste de variacao de corrente eletrica

Dada a realizacao deste teste, o proximo foi o do rele. Para este caso, devia-se

testar o chaveamento do mesmo. Com isso, o status era impresso no monitor serial como

Ligado e Desligado, demonstrado na Figura 4.3.

42

Figura 4.3: Status rele

Apos os testes do sensoreamento de corrente e de chaveamento do rele, o seguinte

foi o de enderecamento IP do servidor web que foi implementado no Arduino. Por esta

razao, foi utilizada a sketch vinculada a placa Ethernet, chamada DhcpAddressPrinter,

que tem a finalidade de requerer um endereco IP do roteador que a placa encontra-se

conectada. Este teste e exibido na Figura 4.4.

Figura 4.4: Endereco IP atribuıdo ao Arduino

43

Para finalizar a parte logica dos testes, foi utilizado comandos de rede para verificar

o status do servidor web em questao. Como mostra a Figura 4.5.

Figura 4.5: Status de rede do servidor web implementado no Arduino

Por fim, se fez necessario configurar o servidor responsavel pelo armazenamento

e tratamento dos dados colidos pelo dispositivo. Isto posto, foram configuradas as duas

portas necessarias: a do servidor web e a do banco de dados, como pode ser visto na

FIgura 4.6.

Figura 4.6: Configuracao das portas do servidor

44

4.3 Resultado dos testes

Ao final da realizacao de todos os testes, foi constatado o perfeito funcionamento do

dispositivo, realizando assim a integracao de todo o sistema (fısico e logico), ou seja,

componentes eletronicos, Arduino Uno, placa Ethernet, rele, tomada, servidor web do

Arduino, o servidor principal e o roteador. Todos os codigos utilizados nos testes e no

projeto estao disponıveis no Apendice deste trabalho.

Capıtulo 5

Conclusao

Alguns requisitos que inicialmente foram determinados para o projeto nao foram possıveis

de serem implantados. O primeiro deles foi o nao uso de um sensor de tensao AC, que

nao havia sido encontrado no mercado para compra. Sabe-se da enorme importancia

de se medir a tensao diretamente na linha, pois ha uma variacao desta tensao entregue

pela concessionaria, aceita dentro dos limites estabelecidos pela [13]. Esta variacao atinge

diretamente a potencia consumida pelo cliente, chegando ate 14.7%. Um segundo ponto

que tambem nao foi possıvel utilizar no projeto, foi o modulo Wi-Fi para Arduino, que

era de alto custo para o projeto. As solucoes alternativas a placa Wi-fi original nao foram

bem sucedidas, devido a sua ma integracao para com o Arduino. Por ultimo, tambem

nao foi possıvel inserir o consumo em reais, pois nao houve tempo habil de implementar

o codigo necessario, que era um tanto complexo de se realizar na linguagem escolhida. E

importante frisar que houve um problema de excesso no consumo de memoria do Arduino

Uno (2KB), devido as diversas funcoes utilizadas. Portanto, a solucao encontrada foi

empobrecer a interface com o usuario.

Entretanto, com uma proposta de aplicacao funcional em automacao residencial,

reducao de custos frente aos dispositivos fabricados hoje, abertura total do processo de

construcao teorico e pratico e por fim, abordar um tema de extrema importancia como a

eficiencia energetica, conclui-se que este trabalho pode ser considerado bastante satisfato-

rio, tendo atingido quase plenamente o objetivo proposto. Embora dificuldades tenham

sido encontradas em alguns pontos, como mencionado no capıtulo 4, foi demonstrado que

pequenos ajustes podem nao so solucionar estes problemas, mas tambem transformar este

dispositivo em algo muito mais inovador.

46

Alem disso, e notoria a contribuicao didatica deste projeto, a medida que o mesmo

apresenta muitos conceitos aprendidos por alunos de engenharia em disciplinas de gra-

duacao aplicados na pratica. Assim sendo, o produto final desenvolvido consegue provar

que a criacao de um dispositivo com as caracterısticas propostas nao apenas e possıvel,

como tambem pode ser aprimorada para o desenvolvimento no mercado de tecnologia,

utilizando-se apenas de plataformas abertas e sem auxılio de nenhum maquinario de ponta

para sua construcao.

Visto isso, a fundamental contribuicao deste trabalho encontra-se na viabilidade

de integracao entre dispositivos inteligentes com plataformas ja conhecidas e sua interface

com os usuarios, sendo economicamente viavel e de facil acesso - plug and play, alem de

contribuir, mesmo que de uma forma pequena, para as questoes de eficiencia energetica

do consumo residencial e ate mesmo industrial.

Segundo Monacchi et al. [25], pesquisadores do Sistema de Gerenciamento de

Energia Domestica requerem conjuntos de dados de consumo, onde as solucoes possam

ser avaliadas antecipadamente. Movidos por um objetivo semelhante, varios conjuntos de

dados foram compartilhados, como mostrado na Figura 5.1.

Figura 5.1: Bases de dados de consumo de energia em residencias

Os principais atributos de classificacao sao: amostragem, frequencia e caracte-

rısticas do sinal (potencia, corrente, etc.). Por isso, este trabalho tambem se mostra

importante no que diz respeito a analise de dados de consumo energetico. E facil verificar

que as bases de dados foram construıdas em paıses europeus e nos EUA, mas nenhuma

no Brasil. Por isso, alem de propor um dispositivo de baixo custo, este trabalho mostra

47

a possibilidade de constuir uma base de dados publica que possa ser util para analises de

consumo energetico residencial, levando em consideracao que perfis de consumo mudam

de acordo com alguns parametros, bem como o clima.

5.1 Trabalhos futuros

Ao fim, este trabalho abre caminhos para diferentes rumos, desde a melhoria de suas

funcionalidades, como tambem sua implementacao real como produto. Algumas propostas

de evolucao estao listadas abaixo.

• Melhoria dos componentes fısicos. Inserir um sensor AC e um modulo Wi-Fi no

dispositivo;

• Implementar o consumo em reais. Dar ao usuario a possibilidade de ver o quanto

esta gastando em sua conta durante um perıodo de tempo;

• Implementacao do sistema em um ambiente que se utilize de uma massa de dados-

maior e mais relevante, a fim de nao so construir com uma base de dados vasta, mas

tambem utilizar-se dos benefıcios do sistema para a melhoria da eficiencia energetica

no local;

• Evolucao para circuitos integrados. Tornar o dispositivo mais compacto e reunir

todas suas funcionalidades em uma so placa de circuito;

• Adicao do conceito de multiplataformas. Desenvolvimento para dispositivos moveis

- Android, iOS, etc;

• Monitoramento de diversos sensores simultaneos. Maior capacidade de controle da

residencia e/ou industria;

• Evolucao para sistemas multiagentes. Incorporacao de uma ou mais unidades auto-

nomas de resolucao, deteccao e solucao de problemas ao longo do sensoreamento;

• Insercao de algoritmos de agrupamento no tratamento dos dados. Identificacao dos

perfis de consumo dos usuarios baseado em seu consumo energetico.

E possıvel perceber que boa parte das porpostas de melhorias citadas acima, en-

volvem conceitos da area de Inteligencia Artificial. Com isso, ha uma transicao profunda

48

para sistemas cada vez mais automatizados a ponto de nao precisarem de um ser humano

para tomarem decisoes e supervisionarem estes sistemas.

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Apendice A

Codigos do projeto

Todos os codigos utilizados no projeto podem ser acessados em:

https://github.com/igorgbs/tccufftelecom

53

https://github.com/igorgbs/tccufftelecom

Apendice B

Esquematico completo - Arudino

Uno R3 e Ethernet Shield

54

55

Figura B.1: Esquematico completo Arduino Uno R3 e de seu modulo Ethernet Shield

igor garcia ballhausen sampaio lucas bonifacio duarte da silva · duce average monthly power...

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