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iHouse
EPO.007.15
Curso Profissional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informáticos
Aluno: Gonçalo Sousa - João Gaspar
N.º 3256 - 3257
O. Projeto: José Carlos Alves
Ano letivo 2017 /2018
PROVA DE APTIDÃO PROFISSIONAL
Escola Profissional de Ourém Gonçalo Sousa
João Gaspar
1
“We can’t achieve success if we are to achieve everything by ourselves.”
Jason Robins, Founder & CEO DraftKings
2
Índice Nota prévia .................................................................................................................................... 5
Introdução ..................................................................................................................................... 6
Objetivos do Projeto ..................................................................................................................... 7
Funcionamento da casa inteligente .............................................................................................. 8
Material envolvido no projeto ...................................................................................................... 9
Arduíno .................................................................................................................................. 9
Esquematização do Arduíno ................................................................................................ 10
LED’s .................................................................................................................................... 11
Módulo Bluetooth ............................................................................................................... 11
Resistências ......................................................................................................................... 12
Jumper’s .............................................................................................................................. 12
Servo motor ......................................................................................................................... 13
Sensor de Temperatura ....................................................................................................... 14
Ponte H ................................................................................................................................ 15
Motor rotor ......................................................................................................................... 16
LDR ...................................................................................................................................... 16
Bomba de água .................................................................................................................... 17
Breadboard (para teste) ...................................................................................................... 18
Casa ..................................................................................................................................... 19
Programas utilizados ............................................................................................................... 20
Arduíno IDE ......................................................................................................................... 20
Fritzing ................................................................................................................................. 21
Processo de montagem do sistema elétrico ........................................................................... 22
Testes efetuados ao material .................................................................................................. 25
Teste ao Servo Motor .......................................................................................................... 25
Teste de LED’S ..................................................................................................................... 26
Teste do sensor de temperatura ......................................................................................... 27
3
Teste de LDR ........................................................................................................................ 28
Teste do módulo Bluetooth ................................................................................................ 29
Circuito elétrico da casa .......................................................................................................... 30
Orçamento do Projeto ............................................................................................................ 31
Website ................................................................................................................................... 32
Netgrafia .................................................................................................................................. 33
Conclusão ................................................................................................................................ 34
Agradecimentos ...................................................................................................................... 35
4
Índice de Figuras Figura 1 Tabela sobre o Arduíno ................................................................................................... 9
Figura 2 Arduíno .......................................................................................................................... 10
Figura 3 Tabela sobre os LED ....................................................................................................... 11
Figura 4 Tabela sobre as Resistências ......................................................................................... 12
Figura 5 Tabela sobre os Jumper’s .............................................................................................. 12
Figura 6 Tabela sobre o Servo Motores ...................................................................................... 13
Figura 7 Tabela sobre o Sensor de Temperatura ........................................................................ 14
Figura 8 Tabela sobre Ponte H .................................................................................................... 15
Figura 9 Tabela sobre o Motor Rotor .......................................................................................... 16
Figura 10 Tabela sobre LDR ......................................................................................................... 16
Figura 11 Tabela sobre a Breadboard ......................................................................................... 18
Figura 12 Tabela sobre a estrutura da casa ................................................................................ 19
Figura 13 Planta da casa .............................................................................................................. 19
Figura 14 Logótipo do Arduíno .................................................................................................... 20
Figura 15 Programa Arduíno ....................................................................................................... 20
Figura 16 Logótipo do Fritzing ..................................................................................................... 21
Figura 17 Processo de ligação das LED's ..................................................................................... 22
Figura 18 Processo de ligação das LED's ..................................................................................... 22
Figura 19 Processo de abertura de espaços na estrutura ........................................................... 23
Figura 20 Exemplificação das LED's quando há pouca incidência de luz .................................... 23
Figura 21 Processo de montagem das LED's exteriores .............................................................. 24
Figura 22 Teste de LDR com o LED ............................................................................................. 24
Figura 23 Programação de teste do Servo Motor ....................................................................... 25
Figura 24 Teste do servo motor .................................................................................................. 25
Figura 25 Teste da programação das LED’S ................................................................................ 26
Figura 26 Teste de LED’S ............................................................................................................. 26
Figura 27 Teste de sensor de temperatura e humidade ............................................................. 27
Figura 28 Teste de programação do sensor de temperatura e humidade ................................. 27
Figura 29 Teste do LDR ................................................................................................................ 28
Figura 30 Teste de programação do LDR .................................................................................... 28
Figura 31 Desmonstração da programação ................................................................................ 29
Figura 32 Programação módulo Bluetooth ................................................................................. 29
Figura 33 Projeto iHouse ............................................................................................................. 32
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Nota prévia
Como alunos finalistas do Curso Profissional de Gestão de Equipamentos Informáticos, da Escola
Profissional de Ourém, temos de criar a elaboração de um projeto para a Prova de Aptidão
Profissional (PAP), para a finalização do curso. Esta Prova fundamenta-se na realização de um
projeto final alusivo à criação de um protótipo de uma casa inteligente (domótica), com o
propósito de tirar a melhor utilidade das novas tecnologias de informação.
Na realização deste projeto teremos que aplicar todos os nossos conhecimentos adquiridos ao
longo dos últimos três anos.
6
Introdução
A Domótica é um conceito adotado pela revolução tecnológica, representa a evolução da
computação. Este termo nasceu da fusão da palavra Domus, que significa casa, com a palavra
Robótica, que está ligada ao ato de automatizar, isto é, realizar ações de forma automática
estabelecendo uma interação entre objetos inteligentes por meio externo, como por exemplo
um smartphone. É, resumidamente, a possibilidade de gestão de recursos habitacionais, com o
intuito de facilitar a vida das pessoas.
Este conceito vem no seguimento de encontrar soluções que dêem resposta à necessidade do
homem de querer realizar com o mínimo esforço as atividades diárias e rotineiras. Assim, a
domótica tem por objetivo introduzir conforto e melhoria de vida na vida dos seus utilizadores.
Este sistema estabelece a ligação entre diversos objetos (tais como o smartphone) com outros
objetos, tornando-os inteligentes. Em construção, a Internet das coisas defende a criação de
ambientes inteligentes responsáveis por realizar tarefas do nosso quotidiano, daí podermos
introduzir a domótica no conceito da Internet das Coisas (IoT1).
Num futuro próximo, ou até mesmo já no presente, existe uma rede composta exclusivamente
de objetos em interação, que resultará na automatização de diversas tarefas e trocas de
informações.
Assim, este projeto encontra-se relacionado com o tema. A Domótica pretende com recurso à
tecnologia criar uma casa inteligente que esteja ligada ao smartphone que nos permitirá ter um
maior controlo em casa apenas com um “click”.
1 Internet of Things
7
Objetivos do Projeto
Com a introdução da domótica nos dias de hoje, temos em vista levar esse conceito mais além
com a construção de uma casa inteligente, visto que são poucas as casas reais em Portugal
devido ao elevado custo que isso pode proporcionar na instalação e manutenção da casa.
Contudo, pretendemos com este projeto recriar um protótipo de uma casa inteligente, onde se
pretende controlar tudo à distância.
Pretende-se com este projeto implementar:
Ligar e desligar remotamente luzes internas;
Ligar e desligar automaticamente luzes noturnas;
Abrir e fechar remotamente “estores” das janelas;
Abrir e fechar remotamente portas e portões frontais;
Implementar um sistema de rega remoto.
8
Funcionamento da casa inteligente O sistema da casa inteligente está concessionado para trabalhar em 2 fases:
Automaticamente em função da ação da luz, exemplificando assim o dia e a noite;
Controlar via smartphone porta de entrada, portão da garagem, porta da cerca, portão
da cerca e bomba de água (motor de rega).
Fase automática da casa:
Advindo do estado da luz, quando de maior ação da luz (dia) há um sensor de luminosidade que
faz a leitura desses dados e faz acender os LED’s exteriores, havendo menor ação da luz (noite),
o sensor recolherá esses dados e faz apagar.
Existe ainda um sensor de temperatura e humidade que, consoante a leitura do sensor, mostra
a sua leitura no smartphone.
Fase via smartphone:
A partir de uma aplicação para o smartphone, há a ação de abrir e fechar elementos da casa.
9
Material envolvido no projeto
Todo o material envolvido no projeto pode estar suscetível a sofrer alterações durante o
desenvolvimento do projeto.
Arduíno
Arduíno é uma plataforma open-Soure de prototipagem eletrónica com hardware e software
flexíveis e fáceis de utilizar por qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes
interativos.
O Arduíno é um pequeno computador que pode programar para processar entradas e saídas
entre o dispositivo e os componentes externos ligados a ele, interagindo com o ambiente por
meio de hardware e software. Para programar Arduíno utilizamos o IDE, que é um software
onde podemos escrever um código numa linguagem semelhante a C/C++ que será traduzida,
após a compilação, num código compreensível pelo Arduíno.
Uma grande vantagem das placas Arduíno é a grande diversificação de bibliotecas disponíveis
que podem ser usadas no programa.
Com isso, a nossa decisão de utilização do Arduíno irá ser para configurar os componentes que
iremos utilizar na construção da casa inteligente.
Arduíno Mega
Especificação
Microcontrolador: ATmega2560 Tensão de Entrada Mínima: 6V a 7v Tensão de Entrada Máxima: 12V a 20V Número de Pinos digitais: 54 Números de Pinos PWM: 15 Números de Pinos Analógicos: 16 Corrente DC por Pino I/O: 20 mA Corrente DC para Pino 3.3V: 50 mA
Preço unitário 10,00 €
Quantidade 1
Figura 1 Tabela sobre o Arduíno
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Esquematização do Arduíno
Reset – O botão de reset serve para redefinir o programa do Arduíno.
USB - A porta USB serve para compilar o código/Programação e para alimentação.
Alimentação Externa – Esta porta é especifica para alimentar o Arduíno de 6v a 20v.
Portas digitais (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12 e 13) – Os pinos digitais trabalham por bits
0 e 1, servem para controlar uma vasta variedade componentes.
Portas analógicos – Os pinos analógicos trabalham por frequência e servem igualmente
para controlar componentes, estes pinos também podem ser configurados para serem
utilizados como pinos digitais.
Pinos de Tensão: IOREF - Fornecem uma tensão de referência para que os shields
selecionem o tipo de interface apropriada, dessa forma os shields que funcionam com a
placa Arduíno são alimentados com 3,3V, podendo adaptar-se para ser utilizados em 5V
e vice-versa.
3,3V - Fornecem tensão de 3,3V para alimentação de shields e circuitos externos.
5V - Fornecem tensão de 5 V para alimentação de shields e circuitos externos.
GND - Pinos de referência, terra.
VIN - Pino para alimentar a placa através de shields ou bateria externa. Quando a placa
é alimentada através de ligação Jack, a tensão da fonte estará nesse pino.
Atmega328P – O Atmega328P é um microcontrolador que processa todos os sistemas
do Arduíno.
LED’s indicadores – O led TX e RX servem para a comunicação serial, possibilita ao
Arduíno comunicar-se com um computador ou com outros dispositivos. O LED ON serve
para indicar que o Arduíno está ligado.
Figura 2 Arduíno
11
LED’s
O LED é muito utilizado hoje em dia no ramo da eletrónica e automação, sendo este fácil de
programação com a utilização do Arduíno, os LED’s vão ser utilizados no nosso protótipo da casa
inteligente para desempenhar a função de simular as luzes internas e exteriores de uma casa,
num caso real.
Módulo Bluetooth A comunicação via Bluetooth já é amplamente utilizada hoje em dia, seja quando utilizamos
fones de ouvido Bluetooth, ou quando precisamos enviar arquivos de um smartphone para o
outro, por exemplo. No Arduíno, é mais uma forma simples e barata de enviar e receber
informações remotamente.
No nosso projeto este modulo Bluetooth vai controlar os elementos da casa.
LED’s
Especificação
Diâmetro: 5mm Voltagem Mínima: 2.0V Voltagem Máximo: 3.4V Ângulo de Visão: 30 graus Intensidade de Luminosidade: 1500-2500mcd
Preço unitário 0,81 €
Quantidade 1 (Pack 100)
Figura 3 Tabela sobre os LED
Módulo Bluetooth
Especificação Tensão de alimentação: 3.3 V Bluetooth: 2.0 Distância de comunicação: < 20 m
Preço unitário 9,00 €
Quantidade 1
12
Resistências
A unidade de uma resistência elétrica é o Ohm cujo o símbolo é representado pela letra grega
“Omega” (Ω). Ela é representada geralmente pela letra R em equações e circuitos.
As resistências serão usadas para regular a tensão de entrada das LED’s e assim evitar que estas
se danifiquem.
Resistências
Especificação Valor: 1K Potência suportada: 250mW Tolerância: 5%
Preço unitário 0,05 €
Quantidade 22
Figura 4 Tabela sobre as Resistências
Jumper’s
Jumper é uma ligação móvel entre dois pontos de um circuito eletrónico, que faz a interligação
dos componentes.
Jumper’s
Especificação
Temperatura de Operação: -40º -+ 85º Comprimento: 10 cm Material condutor: Cobre Conetividade: 20M/M 20F/F
Preço unitário 0,55 €
Quantidade 1 (Pack 40)
Figura 5 Tabela sobre os Jumper’s
13
Servo motor
O servo motor é muito utilizado para o controle de precisão em projetos de automação.
Atualmente observa-se que cada vez mais o seu custo vem-se reduzindo fazendo com que a sua
aquisição seja uma mais-valia uma vez que a sua utilização é diversificada.
Adquirimos estes servos motores para fazer a abertura e fecho de portas.
Servo motor
Especificação
Modelo: HS-311 Voltagem Mínima/Máximo: 4.8v/6.0v Torque 4.8V: 42.00 oz-in Torque 6.0V: 49.00 oz-in Rapidez 4.8V: 0.19 sec/60º Rapidez 6.6V: 15 sec/60º Ligação: 3 polos Ângulo de Viragem: 180º Tipo de engrenagem: Plástico
Preço unitário 3,98 €
Quantidade 2
Figura 6 Tabela sobre o Servo Motores
14
Sensor de Temperatura
O sensor DHT11 é um sensor básico que utiliza um termístor e um sensor capacitivo para medir
a temperatura e a humidade ambiente.
Estes sensores de temperatura e humidade vão ser utilizados para medir a temperatura e
humidade dentro e fora da casa, permitindo assim controlar a temperatura e a humidade. Este
sensor vai ser o sensor que controlará o motor de rega, através dos valores da humidade.
Sensor de Temperatura/Humidade
Especificação
Modelo: DHT11 Faixa de medição de umidade: 20% a 90% Faixa de medição de temperatura: 0º a 50ºC Alimentação mínima: 3.5Vdc Alimentação máxima: 5.5Vdc Corrente: 500mA Precisão de unidade de medição: ± 5,0% UR Precisão de medição de temperatura: ± 2.0 ºC Tempo de resposta: 2s
Preço unitário 0,65 €
Quantidade 1 Figura 7 Tabela sobre o Sensor de Temperatura
15
Ponte H
O ponte H tem como função a gestão dos componentes eletrónicos usualmente utilizando o
método de PWM.
Tem como principal função o controle de velocidade e sentido dos motores rotores.
Este produto irá ser comandado pelo Arduíno que irá fazer a gestão dos motores para abrir e
fechar portas e controlar a sua velocidade.
Ponte H
Especificação
Tensão de Operação: 4~35v Chip: ST L298N Tensão Lógica: 5v Corrente Lógica: 0~36mA Limites de Temperatura: 0-20 a 135ºC Potência Máxima: 25W Controle de motores: 2 Motores DC
Preço unitário 0,81 €
Quantidade 3 Figura 8 Tabela sobre Ponte H
16
Motor rotor
Estes motores rotores irão ser utilizados para abrir o portão da casa, abrirão ainda o portão da
garagem e as cortinas de casa.
Motor rotor
Especificação Tensão DC: 3 - 6V Velocidade mínima: 40 RPM Velocidade máxima: 11500 RPM
Preço unitário 1,25 €
Quantidade 3
Figura 9 Tabela sobre o Motor Rotor
LDR
Um LDR é um tipo especial de resistência que apresenta uma mudança na sua característica de
resistência elétrica quando submetido à ação da luz.
O LDR apresenta um valor de resistência elevada num ambiente escuro e, quando expostos à
luz, têm a condutividade aumentada, ou seja, oferecem baixa resistência elétrica quando
iluminados.
Este LDR será utilizado para acender as LED’S na rua conforme a luminosidade exterior,
aproximando assim ao máximo as características reais.
LDR
Especificação Voltagem máxima: 300 V Potência máxima: 250 mW
Preço unitário 0,48 €
Quantidade 1
Figura 10 Tabela sobre LDR
17
Bomba de água A bomba é constituída por um motor sem escova, proporcionando uma operação mais suave e
tranquila do que uma bomba de água com escova.
Esta Bomba é submersível, é ideal para a realização do projeto, pois, será ela que fará a
simulação de motor de rega na realidade.
Esta funcionará de acordo com os dados recebidos pelo sensor de humidade relativamente à
humidade do ar.
Bomba de água
Especificação
Tensão de alimentação: 3.5 - 9 V
Caudal: 200 l/h
Submersível: 3.5 - 9 V
Preço unitário 3,14 €
Quantidade 1
18
Breadboard (para teste)
Uma breadboard é uma placa que permite a montagem de circuitos sem necessidade de soldar
os componentes.
Variam normalmente entre 800 e 6000 furos onde se inserem os componentes.
Na sua base têm contactos metálicos que interligam eletricamente os componentes entre si.
Breadboard
Especificação Número de Pontos: 830 Tamanho: 16X5,5 Cm
Preço unitário 1,48 €
Quantidade 1 Figura 11 Tabela sobre a Breadboard
19
Casa
Estrutura da casa
Especificação
Material: Madeira Dimensões: Altura: 23 Cm Comprimento: 76 Cm Largura: 54 Cm
Preço unitário 25,00 €
Quantidade 1
Figura 12 Tabela sobre a estrutura da casa
Figura 13 Planta da casa
20
Programas utilizados
Arduíno IDE
A linguagem de programação utilizada no Arduíno é a linguagem C++, (com pequenas
modificações), sendo esta uma linguagem tradicional e conhecida.
Para converter um programa escrito numa linguagem de alto nível, para linguagem de máquina,
é utilizado um compilador. Compilar é a ação de converter um programa para linguagem de
máquina.
Para compilar um programa, normalmente utiliza-se um Integrated Development Environment2
que é uma aplicação que possui um compilador integrado, onde se pode escrever um programa
e compilá-lo. No caso do Arduíno, este ambiente de desenvolvimento é o Arduíno IDE.
O software Arduíno IDE é onde fizemos a programação da nossa casa.
2 Integrated Development Environment (ambiente de desenvolvimento integrado) - é um programa que reúne características e ferramentas de apoio ao desenvolvimento de software com o objetivo de agilizar este processo.
Figura 15 Programa Arduíno
Figura 14 Logótipo do Arduíno
21
Fritzing
O Fritzing é um software open source que serve para delinear circuitos elétricos,
usando o Arduíno, o raspbery pi, ou mesmo uma matriz de contatos e alguns componentes
eletrónicos. Este software transforma automaticamente o que desenhamos nele num diagrama
elétrico ou, melhor ainda, num layout de PCB, permitindo que utilize o seu projeto para imprimir
parte de circuito profissionalmente.
A utilização deste software tem por objetivo desenhar o circuito elétrico implementado no
projeto.
Figura 16 Logótipo do Fritzing
22
Processo de montagem do sistema elétrico
Figura 17 Processo de ligação das LED's
Figura 18 Processo de ligação das LED's
23
Figura 19 Processo de abertura de espaços na estrutura
Figura 20 Exemplificação das LED's quando há pouca incidência de luz
24
Figura 21 Processo de montagem das LED's exteriores
Figura 22 Teste de LDR com o LED
25
Testes efetuados ao material
Teste ao Servo Motor
Este teste foi efetuado com o Arduíno e com um Servo Motor, uma programação que faz o servo
motor rodar 135 graus para um lado e -135 graus para voltar ao ponto 0, e assim no projeto
pudemos obter a abertura e o fecho de portas e portões.
Figura 23 Programação de teste do Servo Motor
Figura 24 Teste do servo motor
26
Teste de LED’S
Este teste foi efetuado com um Arduíno, quatro LED’s e quatro resistência. Com as LED’s ligadas
e as resistências ligadas ao Arduíno fizemos uma programação que faz acender 5 LED durante 1
segundo e apagar durante 1 segundo.
Figura 25 Teste da programação das LED’S
Figura 26 Teste de LED’S
27
Teste do sensor de temperatura
Este teste foi efetuado com um Arduíno e com um sensor de temperatura DHT-11, fizemos uma
programação que faz a leitura do sensor e que a envia para o computador para o monitor Seri
do programa Arduíno IDE.
Figura 27 Teste de sensor de temperatura e humidade
Figura 28 Teste de programação do sensor de temperatura e humidade
28
Teste de LDR
Este teste foi efetuado com um Arduíno, um LDR e com uma LED, fizemos uma programação
que quando a luminosidade diminui acende uma LED.
Figura 29 Teste do LDR
Figura 30 Teste de programação do LDR
29
Teste do módulo Bluetooth Este teste foi efetuado com um Arduíno, um módulo Bluetooth e com uma LED, fizemos uma
programação que quando a ativado no smartphone acende a LED.
Figura 32 Programação módulo Bluetooth
Figura 31 Desmonstração da programação
30
Circuito elétrico da casa
Esquema elétrico
31
Orçamento do Projeto
Componente Quantidade Preço
Arduíno 1 10,00 €
LED's 1 (Pack 100) 0,81 €
Resistências 22 1,10 €
Jumper's 1 (Pack 40) 0,55 €
Servo motor 2 7,96 €
Sensor de temperatura 1 0,65 €
Ponte H 2 1,62 €
Motor rotor 2 2,50 €
LDR 1 0,48 €
Bomba de água 1 3,14 €
Diversos - 10,00 €
Módulo Bluetooth 1 9,00 €
Estrutura da Casa 1 25,00 €
Total 72,81 €
32
Website A criação do Website, iHouse, tem como intuito divulgar e tornar o projeto público a
interessados no mundo da domótica, misturando informática e eletrónica.
Neste site serão divulgados e apresentados os updates do estado e evolução o projeto, os
materiais utilizados e a programação em Arduíno.
Através deste website é também possível a troca de ideias, sugestões e possíveis
melhoramentos.
Link do Website: https://goncalosousa2.wixsite.com/ihouse
Figura 33 Projeto iHouse
33
Netgrafia
https://www.pcdiga.com/
https://www.ebay.com/
https://www.gearbest.com/
https://www.google.pt/
34
Conclusão Com a realização do projeto iHouse, conseguimos aprofundar e aprimorar os conhecimentos
relativos à criação de um website, na exposição e divulgação do projeto, na montagem de
circuitos elétricos, na programação do Arduíno IDE bem como na seleção de componentes e
equipamentos informáticos/eletrónicos. Com a concretização deste projeto, constatamos que,
a vertente eletrónica encontra-se cada vez mais ligada à informática. Ao longo deste projeto,
deparámo-nos com inúmeras dificuldades, que foram ultrapassadas com muitas horas de
pesquisa e de testes e, principalmente, com a ajuda dos professores.
35
Agradecimentos Para finalizar, queremos agradecer a todos os que nos ajudaram na realização deste projeto.
Um agradecimento especial aos professores e orientadores de projeto, Professor e orientador
de curso José Carlos Alves, Professor Rui Ramos e Professor Charly Silva, pois sem eles teria sido
mais difícil finalizar este projeto. Agradecemos em especial a disponibilidade que apresentaram
sempre e a oportunidade de nos ajudar na realização do mesmo.
A todos os nossos professores, sem exceção, pela ajuda e acompanhamento ao longo dos três
anos de curso.
