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FACULDADE LOURENÇO FILHO
GRADUAÇÃO TECNOLÓGICA EM ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE
SISTEMAS
GEVERSON ARAÚJO FERNANDES
MIRON CARLOS BARRETO DAMASCENO JUNIOR
PEDRO PAULO ARAÚJO FERREIRA
SOLUÇÃO DE INTERNET DAS COISAS PARA SEGURANÇA RESIDENCIAL
UTILIZANDO O ARDUINO
Projeto Integrado Multidisciplinar Apresentado ao Curso de Graduação Tecnológica em Análise e Desenvolvimento de Sistemas da Faculdade Lourenço Filho, como parte dos requisitos necessários à obtenção de colação de grau. Fortaleza - Ceará, 2019.
GEVERSON ARAÚJO FERNANDES
MIRON CARLOS BARRETO DAMASCENO JUNIOR
PEDRO PAULO ARAÚJO FERREIRA
SOLUÇÃO DE INTERNET DAS COISAS PARA SEGURANÇA RESIDENCIAL
UTILIZANDO O ARDUINO
Projeto Apresentado ao Curso de Graduação Tecnológica em Análise e Desenvolvimento de Sistemas da Faculdade Lourenço Filho. Composição da Banca Examinadora:
Prof. Dr. José Eduardo Vasconselos de Morais - FLF (Orientador)
Prof. Dr. Ronaldo Glauber Maia de Oliveira – FLF
Prof. Msc. Daniel Matias Lopes Oliveira
Prof. Msc. Márcia Terezinha Tobieto Coordenador(a) do Curso
1 Introdução
Automação residencial é o uso da tecnologia para facilitar e tornar automáticas algumas tarefas habituais que em uma casa convencional ficaria a cargo de seus moradores. Com sensores de presença, temporizadores ou até um simples toque em um botão do keypad ou do controle remoto é possível acionar cenas ou tarefas pré-programadas, trazendo maior praticidade, segurança, economia e conforto para o morador. Um dos direitos garantidos na Constituição Federal de 1988, a segurança é uma necessidade fundamental da vida em sociedade e a sensação da ausência dela é capaz de afetar decisivamente a vida de todos, dos planos de longo prazo à programação para a diversão no final de semana. Quando o direito à vida é ameaçado, o lazer – também protegido pela Constituição Cidadã – vira uma manifestação de resistência em meio ao medo. Existe uma tendência cada vez maior na procura de alternativas para segurança domiciliar, desde os métodos simples, como por exemplo, “Olho-Mágico”, “Pega- Ladrão”, grades, correntes, até procedimentos mais sofisticados, como instalação de alarmes, câmeras de filmagem, seguranças particulares, entre outros. De acordo com a Associação Brasileira de Automação Residencial (AURESIDE, 2016), estima-se que cerca de 300mil residências no Brasil já possuam equipamentos de segurança residencial, portanto, existe um mercado inexplorado de pelo menos 1, milhões de residências. Um sistema de segurança domiciliar custa muito caro para pessoas de classe social baixa, devido a isso o trabalho consiste em criar um sistema de segurança residencial com o menor custo possível para que possa ser acessível para as pessoas. 1.1 Objetivo O presente trabalho tem como objetivo demonstrar um projeto de um sistema de segurança domiciliar de baixo custo, eficiente e confiável que possa ser acessível para todos.
1.1.1 Os objetivos específicos
- Utilizar equipamentos e ferramentas com o menor custo possível.
- Garantir que o sistema seja confiável.
- Garantir que os gastos sejam os menores possíveis. 1.1.2 Motivação e justificativa O tema deste trabalho engloba a segurança domiciliar com o uso de “IOT” (Internet das Coisas), que é um tema em ascensão e de grande importância na área de tecnologia da informação. Ao tomar essa ideia, é deixado de lado a necessidade de se utilizar equipamentos caros, que causa desmotivação nas pessoas que precisam de segurança em suas residências. Este projeto serve para direcionar pessoas que conheçam ou não sobre a área. Como a segurança é algo importante para as pessoas e o Arduino é algo que já tínhamos ouvido falar, mas não tínhamos conhecimento, gerou um interesse por parte dos integrantes da equipe em entender sobre a tecnologia.
2 Domótica
Uma definição de domótica é a de que esta é a utilização simultânea da eletricidade, da eletrônica e das tecnologias da informação no ambiente residencial, permitindo realizar a sua gestão, local ou remota, e oferecer uma vasta gama de aplicações nas áreas da segurança, conforto, comunicações e gestão de energia (Mariotoni; Andrade, 2007). Segundo Breternitz (2001), as primeiras aplicações domóticas utilizavam sensores e atuadores (dispositivos que alteravam os parâmetros em função de informações captadas pelos sensores), que numa arquitetura centralizada, eram ligados a um controlador onde residia a inteligência necessária. Quase sempre eram sistemas proprietários, pouco flexíveis, e principalmente, caros.
2.1.2 Economia de energia Outro grande apelo da automação residencial está na redução do consumo energético. O princípio é simples, luzes que estão acessas desnecessariamente podem ser apagadas e irão gerar economia de energia. O sistema de dimerização (iluminação) propicia um aumento significativo na vida útil das lâmpadas. 2.1.3 Segurança A integração dos sistemas de alarme convencionais com os sistemas de automação residencial permite que, na ocorrência de um disparo de uma determinada zona, todas as luzes desta zona se acendam automaticamente. Mensagens de SMS podem ser enviadas a cada arme/desarme do alarme. Qualquer pulsador da residência pode funcionar como um botão de pânico quando mantido pressionado por mais de três segundos, por exemplo. Como forma de prevenção, quando em viagem, pode-se programar a casa para simular a presença dos moradores, abrindo e fechando persianas, acendendo e apagando luzes e equipamentos eletrônicos, tudo isto em horários pré-determinados, porém de maneira aleatória. Sensores de gás e de fumaça podem ser utilizados para fechar a entrada de gás da residência caso eles sejam ativados. Da mesma forma, sensores de inundação podem fechar a entrada de água caso ele seja ativado. 2.1.4 Pessoas com necessidades especiais Para pessoas com dificuldade de locomoção, se mover dentro de uma residência pode ser uma tarefa muito difícil.
A domótica viabiliza uma infinidade de maneiras de se controlar equipamentos domésticos à distância. Sensores de presença podem acender automaticamente lâmpadas, enquanto sensores de proximidade podem abrir automaticamente portas para um cadeirante.
3 Materiais
3.1 Sensores Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneira específica e que pode ser transformado em outra grandeza física para fins de medição e/ou monitoramento. Desta forma, o sensor associado a um módulo de transformação do estímulo em uma grandeza para fins de medição e/ou monitoramento pode ser definido como transdutor ou medidor, que converte um tipo de energia em outro.(BALBINOT,
Estes dispositivos podem interagir com diversos tipos de grandezas físicas, tais como temperatura, movimento, pressão, entre outras, convertendo essas grandezas em sinais elétricos analógicos ou digitais. A figura mostra uma comparação entre o sinal analógico (que está es oscilação) e digital (que assume dois valores bem definidos, 0’s e 1’s).
se encontrar, muito usado em locais públicos, na iluminação de espaços em que o tráfego é menos constante ou rápido. 3.1.3 Sensor de Pressão O sensor de pressão tem uma função simples: medir a pressão. São utilizados para calcular a força de líquidos e gases, transforma as pressões medidas em sinais elétricos e informam a pressão absoluta do objeto que está sendo mensurado. Também são utilizados por indústrias para medir a altitude, fluxo, nível e velocidade de gases e líquidos. Uma característica importante é sua extrema facilidade de uso e excelente custo/benefício. 3.2 Microcontroladores Podemos dizer que os microcontroladores são computadores pequenos ou de uma forma bem específica: os microcontroladores são computadores de propósito específico. Eles possuem tamanho reduzido, baixo custo e baixo consumo de energia. Devido a esses fatores há diversos segmentos, que os utilizam, tais como a indústria automobilística, de telecomunicações, de brinquedos, de eletrodomésticos, de eletrônicos, bélica [...]. (SILVA, 2009)
Tipicamente, um microcontrolador caracteriza-se por incorporar no mesmo encapsulamento um microprocessador (com a finalidade de interpretar as instruções de programa e processar dados), memória de programa (com a finalidade de armazenar de maneira permanente as instruções do programa), memória de dados (com a finalidade de memorizar os valores associados com as variáveis definidas no programa), uma série de pinos de entrada/saída (com a finalidade de realizar a comunicação do microcontrolador com o meio externo) e vários periféricos (tais como temporizadores, controladores de interrupção, temporizadores cão de guarda (WatchDog Timers – WDTs), comunicação serial, geradores de modulação por largura de pulso ou de PWM (Pulse Width Modulation), 18 conversores analógico/digital etc.), fazendo com que o hardware final fique extremamente complexo.(MARTINS, 2005) Existem vários tipos de microcontroladores e para (MARTINS, 2005) o que os diferenciam são: a velocidade do processamento; a quantidade de memória interna disponível para armazenar dados (memória de dados) e para armazenar as instruções de programas (memória de programa); “a quantidade de pinos de [...] [entrada e saída], a forma de alimentação, os tipos e as quantidades de periféricos, a arquitetura e o conjunto de instruções disponibilizado nos circuitos internos”. Um dos microcontroladores que tem ampla aceitação no mercado é o da família AVR, fabricado pela empresa ATMEL. De acordo com (LIMA, SCHWARZ, 2009, p. 94), este microcontrolador apresenta “bom desempenho frente ao número de instruções executadas por ciclo de clock.” A ATMEL fornece um programa gratuito, chamado AVR Studio, para a programação desses microcontroladores, que podem ser programadas tanto em linguagem Assembly, quanto em linguagem C (empregando-se o compilador C gratuito). (Lima e Schwarz ,2009, p. 94) 3.3 Arduino De acordo com o site oficial do Arduino, o Arduino é uma plataforma eletrônica de código aberto baseada em hardware e software fáceis de usar. Arduinos são capazes de ler entradas - luz em um sensor, um dedo em um botão ou uma mensagem no Twitter - e transformá-lo em uma saída - ativando um motor, ligando um LED, publicando algo online. Você pode dizer à sua placa o que fazer enviando um conjunto de instruções para
constroem protótipos interativos, músicos e artistas para instalações e para experimentar novos instrumentos musicais. O Arduino é uma ferramenta fundamental para aprender coisas novas. Qualquer pessoa - crianças, amadores, artistas, programadores - pode começar a mexer apenas seguindo as instruções passo a passo de um kit, Existem muitos outros microcontroladores e plataformas de microcontroladores disponíveis para computação física. O Parallax Basic Stamp, o BX-24 da Netmedia, o Phidgets, o Handyboard do MIT e muitos outros oferecem funcionalidade semelhante. Todas essas ferramentas pegam os detalhes confusos da programação do microcontrolador e a envolvem em um pacote fácil de usar. O Arduino também simplifica o processo de trabalho com microcontroladores, mas oferece algumas vantagens para professores, alunos e amadores interessados em relação a outros sistemas: Barato - As placas Arduino são relativamente baratas comparadas a outras plataformas de microcontroladores. Plataforma cruzada - O software Arduino (IDE) é executado nos sistemas operacionais Windows, Macintosh OSX e Linux. A maioria dos sistemas de microcontroladores são limitados ao Windows. Ambiente de programação simples e claro - O Arduino Software (IDE) é fácil de usar para iniciantes, mas flexível o suficiente para os usuários avançados aproveitarem também. Para os professores, ele é convenientemente baseado no ambiente de programação Processing, para que os alunos que aprendem a programar nesse ambiente estejam familiarizados com o funcionamento do Arduino IDE. Software open source e extensível - O software Arduino é publicado como uma ferramenta open source, disponível para extensão por programadores experientes. A linguagem pode ser expandida através de bibliotecas C ++, e as pessoas que querem entender os detalhes técnicos podem dar o salto do Arduino para a linguagem de programação AVR C na qual ele se baseia. Hardware open source e extensível - Os planos das placas Arduino são publicados sob uma licença Creative Commons, então designers de circuitos experientes podem fazer sua própria versão do módulo, estendendo-o e aprimorando-o. Mesmo usuários relativamente inexperientes podem construir a versão breadboard do módulo para entender como ele funciona e economizar dinheiro.
3.3.1 Arduino Uno O Arduino Uno R3 é a placa Arduino mais vendida e usada atualmente. Costuma ser a primeira opção de muitos, pois apresenta uma ótima quantidade de portas disponíveis e grande compatibilidade com os Shields Arduino. "Uno" significa um em italiano e foi escolhido para marcar o lançamento do Arduino Software (IDE) 1.0. A placa Uno e a versão 1.0 do Arduino Software (IDE) foram as versões de referência do Arduino, agora evoluindo para versões mais recentes. A placa Uno é a primeira de uma série de placas USB Arduino, e o modelo de referência para a plataforma Arduino. A placa Arduino possui diversos modelos, mas dentre eles foi escolhido a UNO, por ser a placa de menor custo e que vai atender as necessidades do sistema. A figura a seguir mostra os componentes detalhadas da placa UNO.
3.4 Shields Um dos fatores determinantes para a enorme versatilidade e popularidade da plataforma Arduino são os shields. Eles são placas de circuito que podem ser conectadas ao Arduino, encaixando-se perfeitamente por cima dele, e expandindo suas capacidades. Estas placas podem conter displays de LCD, sensores, módulos de comunicação ou relês, por exemplo. A capacidade de expansão possibilita uma infinidade de aplicações de maneira simples e rápida. 3.5 Módulo GSM GPRS Com o módulo GSM GPRS SIM800L você conecta facilmente o seu projeto de IoT na internet, enviando e recebendo dados utilizando a rede de telefonia celular. O módulo GSM funciona com tensão de 5V e a interface serial USB-TTL é compatível com microcontroladores de 3.3 e 5V, simplificando a conexão com placas como Arduino e Raspberry Pi. É através desse módulo que será possível programar para o sistema fazer uma ligação para o usuário quando acontecer determinado evento.
3.6 Conexão com a Internet A Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) divulgou, relatório sobre o mercado brasileiro de banda larga fixa referente aos dados do último trimestre de 2018. De 2007 até o final de 2018, o número de assinaturas de banda larga fixa aumentou 276%, de 8,26 milhões para 31,05 milhões. O mercado brasileiro, segundo o estudo, apresentou evolução nos últimos anos, alcançando, em 2017, a sexta posição entre os 20 mais populosos do mundo, com 2,8% do total de número de assinaturas globais. O crescimento anual médio de usuários de banda larga fixa, 12,8%, é próximo à taxa mundial, 13%, em relação a análises dos valores entre 2005 e 2018. 3.8 Placa Protoboard A placa protoboard é uma placa de prototipagem com furos (ou orifícios) e conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais. Antes de soldar os componentes na placa, usa-se a protoboard para testar se tudo está funcionando corretamente e logo após pode ser feita a solda. As medidas da protoboard combinam perfeitamente com os componentes eletrônicos, tanto na espessura da conexão, quanto na distância entre os terminais.
O Arduino será conectado por um cabo usb ao computador que possua a IDE para ser programado. Se alguém tentar abrir uma das portas ou janelas da casa, o sensor magnético irá cortar sua corrente elétrica e enviar uma informação para o Arduino, o mesmo irá receber a informação e dar o comando para a sirene disparar após 15s e outro comando para fazer uma ligação para o celular do usuário após o mesmo tempo. A alimentação do Arduino se dará através de uma bateria de 9volts utilizando um adaptador de bateria conectada a entrada de energia da placa.
5 Conclusão
O projeto custa um total de R$ 1 45 , Arduino UNO: R$ 30, Sensores Magnéticos: R$ 30 , Shield: R$ 45 , Protoboard: R$ 10, Baterias e Cabos: 30 ,
6 Referências
(HOUSE AUTOMATIC, 2019) Automação Residencial https://www.automatichouse.com.br/automacao-residencial/o-que-e-automacao- residencial (RENAUX PEDRO, 2012) Insegurança Domiciliar https://agenciadenoticias.ibge.gov.br/agencia-noticias/2012-agencia-de- noticias/noticias/21586-inseguranca-aumenta-restringe-direitos-e-ameaca-liberdade-no- pais (AURISIDE, 2017) Dados Automação Residencial http://www.aureside.org.br/noticias/automacao-residencial--demanda-na-construcao- civil (SISLITE) Domótica http://www.sislite.pt/domus-light.htm (DALBOTECH, 2017) Benefícios da Domótica http://www.dalbotech.com.br/domotica04.html (FONSECA, 2006) Sensores http://www.adororobotica.com/Sensores.pdf (TELHADONORTE) Sensor de Presença https://www.telhanorte.com.br/seguranca-e-comunicacao/alarme-e-sensores-de- presenca/sensores-de-presenca# (NANNER AUTOMAÇÃO) Sensor de Pressão https://www.nanner.com.br/sensor-pressao.html (ARDUINO) Definição do Arduino https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction# (OLHAR DIGITAL, 2018) Números de Usuários de Banda Larga no Brasil
