TCC de Engenharia Elétrica - UNESA, Lihoy A. Bellissimo e Marcello S.S. Costa - versão final 08-06-2016

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
LIHOY AGUIAR BELLISSIMO 
MARCELLO SILVA SOUZA DA COSTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE 
ENERGIA ELÉTRICA VIA WI-FI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2016 
 
 
 
LIHOY AGUIAR BELLISSIMO 
MARCELLO SILVA SOUZA DA COSTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE 
ENERGIA ELÉTRICA VIA WI-FI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2016 
Trabalho de conclusão de curso, apresentado à 
Universidade Estácio de Sá como requisito 
parcial para obtenção do título de bacharel em 
Engenharia Elétrica. 
Orientador: MSc. Wagner da Silva Zanco 
Co-orientador: DSc. André Sarmento Barbosa 
 
 
LIHOY AGUIAR BELLISSIMO 
MARCELLO SILVA SOUZA DA COSTA 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE 
ENERGIA ELÉTRICA VIA WI-FI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APROVADO: ____ de _______ de 2016. 
 
 
 
 
 
_________________________________________________ 
Prof.: MSc. Wagner da Silva Zanco 
Universidade Estácio de Sá 
 
 
 
 
_________________________________________________ 
Prof.: DSc. André Sarmento Barbosa 
Universidade Estácio de Sá 
 
 
 
 
_________________________________________________ 
 
Prof.: _______________________ 
Universidade Estácio de Sá 
 
 
 
Rio de Janeiro 
2016 
Trabalho de conclusão de curso, apresentado à 
Universidade Estácio de Sá como requisito 
parcial para obtenção do título de bacharel em 
Engenharia Elétrica. 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
Gostaríamos de agradecer aos professores Wagner da Silva Zanco e André Sarmento 
Barbosa, orientador e co-orientador, respectivamente pela colaboração e auxilio na realização 
deste projeto, pela paciência e conhecimento que serviram de grande contribuição não 
somente para a elaboração deste trabalho de conclusão de curso como para enriquecimento 
acadêmico, profissional e pessoal para levar na bagagem por toda a vida. 
Agradecer também a Sr.ª Daise Castro, mãe de Marcello Costa, que nos deu força, 
suporte e nos aturou nos períodos em que madrugávamos para pôr em prática o projeto. 
Agradecer também ao incentivo dos professores Gilberto Rufino e Antônio José 
Silvério, além dos colaboradores e organizadores do evento ArduinoDay 2016 que ocorreu no 
CEFET-RJ onde o projeto foi apresentado e muito bem aceito ao público. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Tendo em vista a necessidade de estabelecer um melhor gerenciamento de energia elétrica, 
este trabalho propõe um sistema de gerenciamento de energia elétrica de baixo custo. No 
desenvolvimento do sistema, foi utilizada uma plataforma aberta, associada à tecnologia Wi-
Fi, presente na maioria das redes de computadores residenciais e comerciais. O sistema de 
gerenciamento proposto inclui a supervisão e controle do consumo por meio de um sistema 
supervisório instalado em um computador da rede, que permite uma maior flexibilidade no 
gerenciamento de energia elétrica pelo consumidor. 
 
Palavras-Chave – Gerenciamento de energia elétrica, sistema supervisório, plataforma 
aberta, redes Wi-Fi, sistemas embarcados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Considering the need for better management of electricity, this work proposes a power 
management low-cost system. In developing the system, an open platform that is connected to 
the Wi-Fi technology, present in most residential and commercial computer networks it was 
used. The proposed management system includes the supervision and control of consumption 
by means of a supervisory system installed on a computer network, which allows greater 
flexibility in the management of electricity by the consumer. 
 
Keywords - Energy management and process control system, open platform, Wi-Fi networks, 
embedded systems. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1: Diagrama básico de um sistema embarcado. ............................................................ 15 
Figura 2: Diagrama básico do conversor Analógico-Digital. ................................................... 17 
Figura 3: Aspectos construtivos do relé ................................................................................... 18 
Figura 4: Esquema interno do foto acoplador. ......................................................................... 19 
Figura 5: Comparativo entre o tamanho de uma fonte linear e fonte chaveada. ...................... 19 
Figura 6: Exemplo de um circuito eletrônico simples de uma fonte linear. ............................. 20 
Figura 7: Exemplo de um circuito eletrônico simples de uma fonte chaveada. ....................... 20 
Figura 8: Transmissor, receptor e canal de comunicação. ........................................................ 21 
Figura 9: Diagrama em blocos do barramento I²C. .................................................................. 22 
Figura 10: Sinais do barramento I²C. ....................................................................................... 23 
Figura 11: Quadro de dados do protocolo I²C. ......................................................................... 23 
Figura 12: Quadro de dados do protocolo RS-232. .................................................................. 24 
Figura 13: Representação de uma rede wireless. ...................................................................... 25 
Figura 14: Quadro do pacote ModBus IP. ................................................................................ 26 
Figura 15: IDE do Arduíno. ...................................................................................................... 27 
Figura 16: Sistema supervisório. .............................................................................................. 29 
Figura 17: Página inicial do sistema SCADABR. .................................................................... 30 
Figura 18: Diagrama em blocos do sistema de gerenciamento de energia elétrica. ................. 32 
Figura 19: Plataforma ESP201 - vista frontal e inferior. .......................................................... 32 
Figura 20: Sensor de tensão ZMPT101B ................................................................................. 34 
Figura 21: Circuito do arranjo elétrico de variação da tensão de entrada do sensor de tensão. 34 
Figura 22: Diagrama de bloco do ADS1115. ........................................................................... 38 
Figura 23: Circuito conversor de nível lógico. ........................................................................ 39 
Figura 24: Esquema completo do circuito de acionamento. ..................................................... 39 
Figura 25: Fonte chaveada de 5 V. ........................................................................................... 40 
Figura 26: Conversor DC-DC. ................................................................................................. 40 
Figura 27: Placa do conversor USB/RS232. ............................................................................ 41 
Figura 28: Verso da placa do conversor. .................................................................................. 41 
Figura 29: Diagrama em bloco do sistema de gerenciamento de energia elétrica. .................. 42 
Figura 30: Funções do conversor analógico-digital. ................................................................ 43 
Figura 31: Algoritmo para aquisição de dados. ........................................................................ 44 
Figura 32: Algoritmo de conversão de níveis para tensão. ...................................................... 45 
 
 
Figura 33: Algoritmo de conversão dos sensores. .................................................................... 45 
Figura 34: Funções do COIL. ...................................................................................................46 
Figura 35: Funções de controle da rede WiFi. ......................................................................... 47 
Figura 36: Inclusão das bibliotecas do ModBus. ...................................................................... 48 
Figura 37: Configuração dos registradores. .............................................................................. 48 
Figura 38: Atualização dos registradores. ................................................................................ 48 
Figura 39: Página Data sources do sistema SCADABR. ......................................................... 49 
Figura 40: Página de configuração de Data Source do sistema SCADABR. ........................... 50 
Figura 41: Watchlist. ................................................................................................................ 50 
Figura 42: Página de configuração do data source meta. ........................................................ 51 
Figura 43: Interface homem-máquina - IHM. .......................................................................... 52 
Figura 44: Testes de comparação dos valores obtidos pelos sensores. .................................... 53 
Figura 45: Acesso do sistema pelo dispositivo móvel. ............................................................. 54 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1: Comparação do consumo de energia do ESP8266. .................................................. 33 
Tabela 2: Valores de amostras coletadas. ................................................................................. 35 
Tabela 3: Tabela de variáveis para montar o sistema do Método do Mínimos Quadrados. ..... 36 
Tabela 4: Comparativo da corrente entre o sistema e o amperímetro. ..................................... 53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 12 
1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................................................. 12 
1.2 METODOLOGIA ............................................................................................................................ 13 
1.2.1 Natureza ....................................................................................................................................... 13 
1.2.2 Objetivo ........................................................................................................................................ 13 
1.2.3 Forma de abordagem do problema ........................................................................................... 13 
1.2.4 Procedimentos técnicos ............................................................................................................... 14 
1.3 OBJETIVOS .................................................................................................................................... 14 
2 TECNOLOGIAS UTILIZADAS ..................................................................................................... 15 
2.1 Sistemas embarcados ..................................................................................................................... 15 
2.1.2 Sensores ........................................................................................................................................ 16 
2.1.3 Conversores analógico/digital .................................................................................................... 16 
2.1.4 Acionamento elétrico ................................................................................................................... 17 
2.1.5 Fontes chaveadas ......................................................................................................................... 19 
2.2 INTERFACES E PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO .............................................................. 21 
2.2.1 I²C ................................................................................................................................................. 22 
2.2.2 RS-232 .......................................................................................................................................... 24 
2.2.3 WIFI ............................................................................................................................................. 25 
2.2.4 ModBus IP ................................................................................................................................... 26 
2.2.5 Ambiente de desenvolvimento - IDE ......................................................................................... 27 
2.2.6 Sistemas supervisórios ................................................................................................................ 29 
2.2.7 ScadaBR ....................................................................................................................................... 30 
3 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................................... 31 
3.1 CENÁRIO ATUAL.......................................................................................................................... 31 
3.2 COMPONENTES UTILIZADOS .................................................................................................... 31 
3.2.1 Plataforma ESP-201 .................................................................................................................... 32 
3.2.2 Sensor de tensão .......................................................................................................................... 34 
3.2.3 Sensor de corrente ....................................................................................................................... 37 
3.2.4 Conversor analógico/digital ........................................................................................................ 38 
3.2.5 Circuito de acionamento ............................................................................................................. 39 
3.2.6 Alimentação do circuito .............................................................................................................. 40 
3.2.7 Conversor serial .......................................................................................................................... 41 
3.3 INTEGRAÇÃO DOS COMPONENTES ........................................................................................ 42 
3.3.1 Aquisição de dados ...................................................................................................................... 43 
3.3.2 Acionamento elétrico via software ............................................................................................. 46 
3.3.3 Integração com a rede WiFi ....................................................................................................... 47 
3.3.4 Integração com o ModBus IP ..................................................................................................... 48 
 
 
3.3.5 Configuração do ScadaBR .......................................................................................................... 49 
3.3.6 Interface Homem – Maquina ..................................................................................................... 52 
3.4 IMPLEMENTAÇÃO PRÁTICA ..................................................................................................... 53 
4 CONCLUSÃO ................................................................................................................................... 55 
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................................56 
APÊNDICE A – Código Fonte do módulo de tomada. ..................................................................... 59 
APÊNDICE B – Circuito geral do módulo de tomada. ..................................................................... 61 
APÊNDICE C – Prints do sistema ScadaBR ..................................................................................... 62 
APÊNDICE D – Tabela de componentes ........................................................................................... 64 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A evolução da tecnologia de sistemas de comunicação e componentes eletrônicos 
permitiu que novos conceitos e aplicações fossem criados, tornando-se cada vez mais presente 
na humanidade. Na última década houve uma evolução significativa nos quesitos 
conectividade, sistemas de comunicação e miniaturização de componentes eletrônicos, estes 
cada vez mais poderosos, menores e com um poder de processamento jamais visto nas décadas 
passadas, quando ainda se iniciava à era da computação. (MATTELART, 2002) 
Com a evolução dos sistemas embarcados nasceu o conceito de Automação Industrial, 
implementado na década de 1980, que tinha como objetivo tornar a produção industrial mais 
eficiente e de baixo custo, uma vez que o número de funcionários foi reduzido de forma 
significativa. Além de aumentar a eficiência nas industrias, a automação industrial também 
facilitou o gerenciamento da produção, uma vez que os sistemas embarcados fossem 
interligados aos sistemas supervisórios por meio de uma rede de comunicação. (CASTELLS, 
1999) 
Outros setores também foram beneficiados com a evolução dos sistemas embarcados, 
como, por exemplo, laboratórios químicos, centros de pesquisa, redes hospitalares e até mesmo 
nas residências. Devido a flexibilidade e facilidade de desenvolvimento e integração dos 
dispositivos e plataformas, surgiram muitos desenvolvedores autônomos o que possibilitou a 
difusão em larga escala desta tecnologia. 
 
1.1 JUSTIFICATIVA 
 
Com a alta demanda de consumo de equipamentos e produtos industrializados ligados 
a rede elétrica, foi observado um crescente interesse e a necessidade de se obter o controle sob 
re os gastos com o consumo de energia elétrica, dos quais uma boa parcela destes compõem-
se de gastos desnecessários, que poderiam ter sido evitados com um melhor gerenciamento da 
sua utilização. Com isso, é possível se estabelecer uma melhor relação entre os consumidores 
e fornecedores de energia elétrica. Surgiu-se então, a oportunidade de se desenvolver 
efetivamente um sistema de gerenciamento de consumo de energia elétrica, através da 
automação, de forma prática, com o intuito de obter dados referentes a quantidade de energia 
consumida e, como consequência, tomar rápidas decisões para evitar o desperdício de energia 
elétrica, aumentando a eficiência do sistema elétrico como um todo. 
13 
 
1.2 METODOLOGIA 
 
Para iniciar o trabalho de pesquisa é necessário primeiro classificar o tipo de pesquisa e 
definir os seus objetivos e diretrizes do contexto da pesquisa como um todo. A metodologia de 
pesquisa pode ser definida em quatro itens: natureza, objetivo, forma de abordagem do 
problema e procedimentos técnicos. Estes itens auxiliam no desenvolvimento da pesquisa, 
analisando de forma profunda o conceito a ser abordado e o problema a ser solucionado. 
1.2.1 Natureza 
 
A natureza da pesquisa pode ser classificada de duas formas, pesquisa de natureza básica 
ou pesquisa de natureza aplicada. A pesquisa de natureza básica se refere a geração de 
conhecimentos uteis para o crescimento da ciência, portanto, esta natureza não utiliza aplicação 
prática prevista. A pesquisa de natureza aplicada visa produzir conhecimentos para aplicação 
prática e solucionar problemas específicos. (RAMPAZZO, 2004) 
 Este estudo é de natureza aplicada, pois pretende apresentar o desenvolvimento de um 
sistema experimental prático de gerenciamento remoto de energia elétrica, possibilitando maior 
controle do consumo, bem como os custos provenientes do mesmo. 
1.2.2 Objetivo 
 
De acordo com as definições de Serra Negra (2004), o objetivo deste estudo pode ser 
classificado como aplicado pois é um delineamento que busca solucionar uma problemática da 
realidade, que é o controle e gerenciamento de energia elétrica, este que ocasiona impacto nos 
gastos com a geração e transmissão dessa energia afetando diretamente o custo para o 
consumidor final. 
 1.2.3 Forma de abordagem do problema 
 
Existe duas formas de análise do problema, a análise quantitativa e a análise qualitativa. 
Na análise quantitativa, se admite que tudo que é opinião e informação pode ser quantificável, 
ou seja, traduzido em números. Este tipo de análise requer o uso de recursos e de técnicas 
estatísticas. Já na análise qualitativa, é considerado que há uma relação dinâmica entre o mundo 
14 
 
real e o sujeito, que não pode ser traduzida em números. No processo de pesquisa qualitativa, a 
interpretação dos fenômenos e a atribuição de significados são básicas. (SERRA, 2004) 
A forma de análise do problema relatado nesta pesquisa é qualitativa, pois existe uma 
relação direta entre o consumo de energia dos equipamentos eletroeletrônicos e a falta de um 
gerenciamento eficiente, evitando o desperdício de energia elétrica, consequentemente, 
tornando o Sistema Elétrico Interligado Nacional (SIN) mais eficiente. 
 1.2.4 Procedimentos técnicos 
 
Quanto aos procedimentos técnicos, esta pesquisa é de carácter experimental, pois 
consiste em determinar um objeto de estudo, selecionar as variáveis que poderiam influencia-lo, 
definir formas de controle e de observação dos efeitos que a variável pode produzir no objeto. 
Em um laboratório, o protótipo do sistema pode ser testado em condições controladas, se tratando 
assim de um experimento. 
1.3 OBJETIVOS 
 
 Visando um maior controle e gerenciamento de energia elétrica, esta pesquisa propõe o 
desenvolvimento de um sistema que tem como objetivo proporcionar ao usuário, uma maior 
praticidade no controle e gerenciamento de energia elétrica. 
 De acordo com dados estatísticos de consumo de equipamentos em Standby 
(PROTESTE, 2014) por exemplo, foi identificado um enorme desperdício de energia elétrica 
que poderia ser evitado ao se utilizar um sistema de gerenciamento de energia elétrica, visto 
que o consumidor final poderia facilmente configura-lo e opera-lo afim de maximizar o 
rendimento de seus gastos com o consumo de energia elétrica. 
O sistema proposto pretende apresentar a solução do problema relatado utilizando as 
tecnologias atuais, podendo ser facilmente integrado as tecnologias mais utilizadas 
mundialmente como, por exemplo, uma rede local de computadores ou até mesmo a internet, 
facilitando assim o seu gerenciamento de forma remota. 
O desenvolvimento do dispositivo de gerenciamento de energia elétrica será realizado 
utilizando um microcontrolador com um sistema de conexão sem fios através da tecnologia Wi-
Fi diretamente embarcada, permitindo assim, a comunicação direta com a maioria das redes de 
computadores existentes, serão utilizados também sensores de corrente e tensão para o 
monitoramento constante do consumo de energia elétrica, bem como a sua qualidade. 
15 
 
2 TECNOLOGIAS UTILIZADAS 
 
 Este capítulo apresenta as tecnologias envolvidas neste projeto, de forma abrangente, 
com o intuito de apresentar os conceitos e proporcionar embasamento teórico para a 
compreensão das técnicas utilizadas e do desenvolvimento do sistema de gerenciamento de 
energia elétrica via Wi-Fi. 
2.1 Sistemas embarcados 
 
 No início da década de 1940, os computadores eram utilizados a executar uma única 
tarefa e muito grandes para serem considerados embarcados. O primeiro sistema embarcado 
reconhecido foi desenvolvido no MIT lançado no início da década de 1950 e foi utilizado para 
aplicaçõesespaciais. 
 Na década de 1960 foram criadas as primeiras aplicações com os sistemas embarcados 
e com a popularização o seu custo foi reduzindo ao longo dos anos. (SHIBU, 2009). 
Nos dias atuais os sistemas embarcados estão presentes no nosso dia a dia, como nos 
refrigeradores, maquinas de lavar, forno de microondas, televisão, DVD player e etc. 
 Os sistemas embarcados são compostos basicamente um computador em escala 
reduzida e embutido em um único invólucro. São utilizados normalmente para executar uma 
determinada tarefa especifica de diferentes aplicações e projetos. Atualmente os sistemas 
embarcados são acessíveis, fazendo com que qualquer pessoa possa compra-lo e utiliza-lo de 
acordo com seu projeto ou aplicação. O diagrama básico de um sistema embarcado é composto 
de uma CPU, memórias do tipo RAM e ROM, memória não volátil, relógio temporizador e 
dispositivos de entradas e saídas dispostos de acordo com a figura 1. 
 
Figura 1: Diagrama básico de um sistema embarcado. 
 
Fonte: Shibu K V, 2009, p.29. 
16 
 
2.1.2 Sensores 
 
 No final do século 18 com a criação da máquina a vapor, possibilitou que uma revolução 
industrial começasse, e com isso houve o aumento da produção de artigos manufaturados. A 
partir deste cenário, enormes evoluções no meio industrial veem aumentando ao logo dos anos. 
 Para obter o controle das maquinas e criar sistemas de automação, foi necessário cria 
uma maneira de se obter dados sobre fenômenos físicos das máquinas industriais, tais como 
temperatura, pressão, níveis de água, entre outros. Por isso foram criados dispositivos capazes 
de medir essas grandezas físicas e transforma-las em grandezas elétricas, este tipo de dispositivo 
se denomina sensor. (SINCLAIR, 2001) 
 Os sensores são compostos por transdutores, que por sua vez tem a função de converter 
a energia em outra forma de energia, normalmente energia elétrica. 
Atuadores, no entanto, tem a função oposta ao dos sensores, estes trabalham com a 
função de converter a energia elétrica para outro tipo de energia, normalmente mecânica. 
 Existem diversos tipos de sensores no mercado, para diversos propósitos. Cada sensor 
tem a sua característica e material único para realizar a conversão de uma determinada grandeza 
física para energia elétrica. Vários tipos de energia podem ser sensoreadas, são elas 
classificadas em radiação, mecânica, gravitacional, elétrica, termal e magnética. 
A eficiência do sensor varia entre 5% ou 0.1%, esta variação depende do tipo de material 
utilizado na fabricação do transdutor. (SINCLAIR, 2001) 
2.1.3 Conversores analógico/digital 
 
 Os conversores de sinais analógicos para sinais digitais (Analog Digital Converter - 
ADC), foram criados para suprir a necessidade de representar, processar e gravar sinais 
analógicos nos sistemas digitais. Sua função é converter sinais contínuos e de grandeza variável 
para um sinal discretizado. (NALON, 2009) 
O sistema eletrônico de conversão retira uma amostra de tensão de entrada em um 
determinado período de tempo, e então, esta amostra é quantizada e representada no sistema 
numérico binário, que varia de acordo com a resolução de cada conversor ADC. Quanto maior 
for a resolução, maior será a precisão de leitura. O circuito interno do ADC é formado por 
comparadores de tensão, que tem a função de aproximar o valor de tensão lido na entrada para 
um valor de tensão de referência, já determinado pelo sistema. Este valor é convertido em 
17 
 
binário e amostrado na saída do conversor. Na figura 2, pode ser visto o diagrama básico do 
conversor ADC. 
 
Figura 2: Diagrama básico do conversor Analógico-Digital. 
 
Fonte: TEXAS INSTRUMENTS, 2015, p.1. 
 
O valor de tensão de entrada é definido de acordo com a tensão de referência (VREF) 
que é aplicada ao conversor. A tensão de referência pode ser configurada pelo registrador de 
controle do conversor, ou pode ser definida pela tensão de alimentação do conversor, estes 
recursos variam de acordo com o modelo ou tipo de conversor. 
A faixa de leitura da tensão de entrada (de 0 V a VREF), é dividida pelo número de 
níveis que é dado em bits pela resolução do conversor. Para saber o número de níveis máximo 
do conversor, basta utilizar a equação 1, onde “n” é o número de bits do conversor. (TEXAS 
INSTRUMENTS, 2015) 
 
º	 2 (1) 
 
Depois de convertido, pode-se facilmente converter o número em binário para valores 
de temperatura, de corrente, intensidade luminosa ou outras grandezas físicas, respeitando a 
curva de resposta do sensor utilizado. 
2.1.4 Acionamento elétrico 
 
Visando a necessidade de se ter um controle sobre o ponto de energia, foi integrado um 
controle de acionamento elétrico, possibilitando ao usuário, ligar ou desligar a tomada. 
 Para realizar o acionamento, foi utilizado um dispositivo eletromecânico chamado de 
relé. Este dispositivo tem como finalidade completar ou interromper o circuito elétrico que se 
deseja controlar. É constituído por uma bobina e um material ferromagnético, além de 
componentes mecânicos como molas, e pequenas chapas de metal para conduzir eletricidade. 
18 
 
 O relé completa o circuito quando é aplicado uma corrente nos terminais da bobina, que 
por sua vez gera um campo magnético, que como consequência, produz um movimento 
mecânico. Este movimento completa o circuito fazendo contato de dois condutores no conjunto 
mecânico do relé. Na figura 3 é possível ver mais detalhes do interior do relé. (BRAGA, 1988) 
 
Figura 3: Aspectos construtivos do relé 
 
Fonte: BRAGA,1988, p.2. 
 
O acionamento deste dispositivo pelo microcontrolador é feito através de um circuito 
eletrônico utilizando um transistor para fazer o aumento da corrente, visto que a corrente 
máxima na porta de saída do microcontrolador é de apenas 10 mA (miliampères), e para 
acionamento do relé, é necessário ter uma corrente de no mínimo 100 mA, ou seja, 10 vezes 
mais do que a corrente máxima suportada pelo microcontrolador. O transistor é utilizado de 
modo que com uma corrente mínima na ordem de µA (microampères) faça entrar no seu ponto 
de saturação e assim permitindo que a diferença de potência entre o coletor e o emissor seja 
próxima de 0 V e assim atuando como se fosse uma chave, permitindo a circulação de corrente 
na bobina do relé. É preciso limitar a corrente da base utilizando um resistor que pode ser 
calculado de acordo com a equação 2. (BRAGA, 1988) 
 
 
	 	 . (2) 
 
 Afim de evitar ruídos que podem comprometer o funcionamento pleno do 
microcontrolador, foi preciso utilizar um acoplador óptico ou foto acoplador, para o 
acionamento entre o microcontrolador e o circuito acionador do relé. Usando o foto-acoplador 
as fontes de energia são separadas eletricamente, fazendo com que qualquer alteração na fonte 
quando o relé é acionado não prejudique a fonte que alimenta o microcontrolador. 
19 
 
O funcionamento do foto acoplador consiste em dois componentes principais, sendo um 
fototransistor e um diodo emissor de luz (LED). Quando o LED é acionado, a emissão de luz 
incide no fototransístor, fazendo com que haja uma corrente na base e como consequência 
saturando o transistor, dependendo da intensidade luminosa. Na figura 4 há o esquema interno 
do foto acoplador. 
Figura 4: Esquema interno do foto acoplador. 
 
Fonte:VISHAY, 2015, p.1. 
2.1.5 Fontes chaveadas 
 
 
As fontes chaveadas foram desenvolvidas durante a corrida espacial na década de 60 a 
fim de substituir as fontes lineares convencionais pesadas e com elevada temperatura de 
funcionamento devido aos transformadores utilizados, por fontes compactas e de alto 
rendimento, conforme pode-se observar no comparativo da figura 5. (BARBI, 2001). 
 
Figura 5: Comparativo entre o tamanho de uma fonte linear e fonte chaveada. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
20 
 
O avanço da microeletrônicae a produção de equipamentos compactos e de baixo 
consumo intensificou rapidamente o emprego das fontes chaveadas em eletrodomésticos, 
microcomputadores, satélites e uma infinidade de outros equipamentos. (MELLO, 2013) 
As fontes lineares comuns (figura 6) utilizam-se de um transformador com um circuito 
de retificação por ponte de diodos e ainda um sistema de filtragem por capacitores para garantir 
uma tensão continua na saída, já as fontes chaveadas (figura 7) utilizam um sistema de 
chaveamento de um transformador de menor porte que oscila através de um circuito de controle 
que realiza o chaveamento a fim de garantir que a carga esteja alimentada a partir de uma tensão 
de referência constante. 
 
Figura 6: Exemplo de um circuito eletrônico simples de uma fonte linear. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
Figura 7: Exemplo de um circuito eletrônico simples de uma fonte chaveada. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
21 
 
Ao longo dos anos 80 intensificou-se a utilização do MOSFET e do diodo ultrarrápido 
substituto do até então componente de chaveamento Transistor Bipolar de Potência que 
trabalhava com frequências de chaveamento em torno de 20 khz, passando a trabalhar acima 
dos 100 khz tornando a fonte mais eficiente e com menor geração de ruído radioelétrico. 
(BARBI, 2001) 
2.2 INTERFACES E PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO 
 
A comunicação de dados entre equipamentos digitais ocorre através de dispositivos que 
transmitem os dados, chamados transmissores e os que recebem os dados chamados receptores. 
A transmissão e recepção ocorre através de um canal de comunicação ou interface de 
comunicação este que define algumas características da transmissão e o meio físico pelo qual 
trafegam os dados como, por exemplo, cabo coaxial, par de fios trançados, fibra ótica, rádio 
frequência, satélite, entre outras. (STALLINGS, 2002). Na figura 8 pode ser observado o 
esquema da comunicação de dados. 
 
Figura 8: Transmissor, receptor e canal de comunicação. 
 
Fonte: STALLINGS, 2002, p.18. 
 
Logo, os dispositivos são conectados fisicamente ao canal de comunicação utilizando 
uma interface e ainda precisa codificar esses dados em um sinal que percorrerá o meio de 
comunicação até chegar ao receptor, por exemplo, quando alguém fala ao telefone a voz (dado) 
é codificada em pulsos elétricos (sinal) e transmitida utilizando um par de telefones (canal de 
comunicação) (STALLINGS, 2002). 
Para garantir que a comunicação ocorra os dispositivos devem utilizar protocolos de 
comunicação que são regras predefinidas entre o emissor e o receptor a fim de garantir que 
ambos recebam e enviem as informações corretamente. 
Existem diversos tipos de interfaces e protocolos de comunicação, para redes de 
computadores existem os TCP e o IP geralmente representado por TCP/IP como forma de 
referenciar todos os protocolos que fazem parte do modelo Internet e o meio físico ou interface 
22 
 
de comunicação pode ser o cabo coaxial, cabo de rede, fibra ótica ou ainda ondas de rádio que 
representam as interfaces de comunicação, existem ainda as interfaces RS-232, RS-422 e RS-
485 para conexão serial entre dispositivos digitais. (TOCCI, 2011) 
2.2.1 I²C 
 
Um dos protocolos de comunicação serial mais utilizado é o I²C, que permite a 
comunicação a dispositivos próximos, normalmente na mesma placa, tais como periféricos de 
entradas e saída, memórias, conversores A/D ou D/A e outros microcontroladores. Este 
protocolo foi criado pela empresa Philips e hoje é de propriedade da NXP. O protocolo I²C é 
bastante popular porque é bem simples de se utilizar, pois requer apenas um par de fios com os 
sinais SCL (Serial Clock) e SDA (Serial data) para se comunicar. No barramento, há um 
dispositivo Mestre e vários dispositivos Escravos que são comandados em função do Mestre 
(figura 9). 
São necessários dois resistores na configuração de pull-up que são conectados ao 
barramento para regular a impedância do barramento e evitar que ruídos se propaguem quando 
houver a comunicação. (NXP, 2015). 
 
Figura 9: Diagrama em blocos do barramento I²C. 
 
Fonte: NXP, 2015, p.7. 
 
Inicialmente foi definido uma frequência máxima de clock de 100 khz, mas o protocolo 
foi atualizado para operar a 400 khz no modo rápido. No protocolo I²C é necessário a 
configuração de endereços para se comunicar com os dispositivos, são reservados 7 bits para o 
protocolo, cada dispositivo tem um endereço único, no entanto o dispositivo mestre não 
necessita de endereço para operar (NXP, 2015). 
No estado inicial de transmissão de dados, as duas linhas (SCL e SDA) estão em nível 
lógico alto, quando a comunicação é iniciada pelo dispositivo mestre, é enviada a condição de 
start que mantem o sinal de SCL no nível alto e o sinal de SDA desce para nível lógico baixo. 
23 
 
Na condição de stop o nível lógico do SDA vai para alto e o nível lógico de SCL se mantem 
em nível lógico alto (Figura 10). 
 
 
Figura 10: Sinais do barramento I²C. 
 
Fonte: NXP, 2015, p.9. 
 
 
Após a condição de start, o endereço do escravo deve ser escrito no barramento, depois 
o bit de controle de leitura ou escrita, após este bit, deve ser enviado um bit de reconhecimento 
pelo receptor (escravo) para enfim iniciar o envio de dados. Os dados no barramento I²C são 
transferidos em pacotes de 8 em 8 bits (1 Byte), no entanto, não há limites de bytes que devem 
ser seguidos por um bit de reconhecimento (Acknowledge), que tem como função dizer ao 
microcontrolador que ele está pronto para receber o próximo byte. Após o envio de dados, a 
comunicação é encerrada com a condição de stop. A figura 11 mostra como é o quadro de dados 
da comunicação do protocolo. 
 
Figura 11: Quadro de dados do protocolo I²C. 
 
Fonte: NXP, 2015, p.15. 
 
 
 
24 
 
2.2.2 RS-232 
 
O padrão de comunicação RS-232 introduzido na década de 1960 pela Eletronic 
Industries Association (EIA) com o objetivo de integrar diversos dispositivos externos aos 
computadores, permitindo assim, a conectividade entre dois dispositivos sem ter que integra-
los no mesmo invólucro. O RS-232 passou por três modificações e seu nome foi mudado para 
EIA232 assim como algumas linhas de sinal. (STRANGIO, 1993). 
O padrão RS-232 é utilizado até hoje por diversos microcontroladores como a 
comunicação básica entre um microcontrolador e um computador para a gravação do programa 
à memória do microcontrolador. 
Na sua forma mais básica, são utilizados apenas dois cabos com os sinais de TX 
(Transmissor) e RX (Receptor). 
A comunicação é iniciada por um bit inicial, chamado de start bit, com o nível lógico 
baixo, visto que as linhas de sinal ficam sempre em nível lógico alto quando não utilizadas. 
Após o start bit, os dados são enviados a velocidade (bps) de transmissão antes definida, isso 
define quanto tempo cada bit vai permanecer no barramento. Na figura 12, pode ser visualizado 
o quadro de transmissão do padrão RS-232. 
 
Figura 12: Quadro de dados do protocolo RS-232. 
 
Fonte: STRANGIO, 2015, p.1. 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
2.2.3 WIFI 
 
O padrão 802.11 ou WiFi como é conhecido popularmente, é resultado de uma decisão 
em 1985 pela comissão federal de comunicação dos Estados Unidos (United States Federal 
Communications Commission - FCC), que decidiu abrir algumas bandas do espectro de rádio 
para uso, sem ter que ter uma licença governamental. Em 1990, um novo comitê do IEEE 
(Institute of Electrical and Electronics Engineers) nomeou o padrão como 802.11, iniciando 
assim o padrão que é popularmente conhecido como Wi-Fi.(WI-FI ALLIANCE, 2016) 
Desde então, o padrão 802.11 passou a ter várias variações da versão, como mudança 
na frequência de operação, taxa de transmissão de dados, número de bandas e etc. O padrão 
com um dispositivo chamado de roteador, que cria uma rede sem fio (wireless), que irradia 
sinal, normalmente na faixa de 2.45GHz e o receptor costuma ser um computadorou outro 
dispositivo que se conecta à rede local por meio de rádio frequência (Wireless Local Area 
Network - WLAN). Veja na figura 13 o diagrama de uma rede wireless local básica. (IEEE 
802.11, 2016) 
 
Figura 13: Representação de uma rede wireless. 
 
Fonte: PATTERSON, 2014, p.20. 
 
 
 
 
26 
 
2.2.4 ModBus IP 
 
 O protocolo ModBus foi desenvolvido inicialmente para redes industriais na década de 
1970 pela empresa Modicom. Este protocolo foi mais tarde aberto para o público, se tornando 
livre de taxas de licenciamento. A escolha deste protocolo para o projeto foi definida pelo fato 
de ser um protocolo conhecido, sendo bastante utilizado no meio industrial e agora também em 
aplicações não industriais. É um protocolo de comunicação seguro de fácil entendimento e fácil 
implementação (OPEN MODBUS/TCP, 2016). 
 Este protocolo funciona por meio do envio e recebimento de mensagens sendo baseada 
em um conjunto de códigos de funções tal como gravação ou leitura de um determinado 
registrador, acionar ou desligar um dispositivo, envio de dados de sensores analógicos entre 
outros. O protocolo funciona basicamente com um dispositivo mestre e um ou mais dispositivos 
escravos. O dispositivo mestre primeiro envia uma requisição ao dispositivo escravo, e então, 
é enviado o endereço do escravo selecionado no meio físico de comunicação, depois o mestre 
envia o código da função desejada. Se a função for de leitura, o escravo envia os dados de 
determinado registrador para o dispositivo mestre. Após a formação dos dados, é executado um 
algoritmo para checar se houve algum erro na transmissão dos dados anteriores. 
 A quantidade máxima de dispositivos mestres é de 247 dispositivos no protocolo 
original, porém como foi utilizado o protocolo encapsulado no protocolo TCP/IP, a quantidade 
máxima de dispositivos é limitada apenas pelos endereços de IP disponíveis na rede local. Na 
figura 14 é possível visualizar o formato dos dados do protocolo ModBus encapsulado no 
protocolo TCP/IP. (MODBUS-IDA, 2016) 
 
Figura 14: Quadro do pacote ModBus IP. 
 
Fonte: MODBUS-IDA, 2016, p.1. 
 
 
27 
 
2.2.5 Ambiente de desenvolvimento - IDE 
 
 O Ambiente de desenvolvido integrado ou IDE (Integrated Development Environment), 
é um tipo de software utilizado para desenvolver aplicações e projetos. Os fabricantes de 
microcontroladores desenvolvem esse software como uma ferramenta para que o desenvolvedor 
possa utiliza-la para programar e compilar o código da sua aplicação. 
A IDE conta com um editor de texto integrado que reconhece a linguagem de 
programação e destaca as palavras reservadas da linguagem afim de facilitar a visualização do 
código, e também conta com compiladores, que tem a finalidade rever todo o programa escrito 
e destacar erros na programação, e também finalizar o projeto ou aplicação em questão. 
 A empresa Arduíno desenvolveu uma IDE para ser utilizada nos microcontroladores da 
Atmel. Este software é de natureza livre (Open-source), desprovida de qualquer licença e 
gratuita para o público. 
 No caso deste projeto, programadores integraram o compilador do ESP8266 no IDE do 
Arduíno, de modo a facilitar a programação do microcontrolador, visto que em outras IDE’s a 
linguagem é complicada e confusa para muitos programadores. Na figura 15 é possível 
visualizar a IDE do Arduíno utilizada neste projeto para a programação e gravação do ESP8266. 
 
 
Figura 15: IDE do Arduíno. 
 
Fonte: Printscreen do aplicativo IDE Arduino. 
 
28 
 
 Nesta IDE o código é dividido em duas funções principais “void setup()” e “void 
loop()”. Na função “setup()” são definidas as configurações iniciais do microcontrolador, tais 
como configurações de portas digitais ou analógicas, configurações de entrada e saída, 
inicialização de objetos acrescentados de bibliotecas, declaração de variáveis, entre outras. Essa 
função é executada somente uma vez após a inicialização do microcontrolador, portanto só será 
executada novamente caso o microcontrolador seja reiniciado. Na função “loop()” o código é 
executado num loop infinito, ou seja, ao ser executado todo o programa, o microcontrolador 
volta a executar desde o início da função “loop()”, isso ocorre infinitas vezes até que o 
microcontrolador seja desligado ou reiniciado. É nesta função que fica o código principal da 
aplicação, sendo leituras de sensores, escrita nas portas de saídas digitais, cálculos matemáticos, 
e etc. 
 No rodapé da IDE, são escritos os dados do microcontrolador a ser utilizado no 
programa da aplicação, também é possível ver outros dados como velocidade de comunicação 
da interface serial, a porta serial selecionada para a comunicação e outras informações 
referentes ao microcontrolador, tais como quantidade de memória máxima e velocidade de 
processamento do microprocessador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
2.2.6 Sistemas supervisórios 
 
 Os sistemas supervisórios (figura 16), surgiram em meados da década de 70 para 
auxiliar os operadores nos processos industriais. Graças a evolução das redes industriais, foi 
possível implementar esse tipo de sistema que é capaz de realizar leitura de sensores e acionar 
atuadores. (SCHNEIDER, 2016). 
 O sistema supervisório funciona de modo a capturar dados de sensores ou histórico de 
acionamento dos atuadores e armazenar estes dados num banco de dados, sendo ele local ou 
remoto. 
 Neste projeto, um sistema supervisório foi utilizado para que pudesse ser feito o registro 
das leituras dos sensores, fazer o acionamento remoto do ponto de energia, e também 
proporcionar uma interface numa linguagem em que uma pessoa leiga pudesse ler facilmente, 
esse tipo de interface se denomina IHM (Interface Homem-Maquina). 
 
Figura 16: Sistema supervisório. 
 
Fonte: CYMIMASA, 2016. 
 
 
 
 
 
30 
 
2.2.7 ScadaBR 
 
 Um tipo de sistema supervisório é o SCADA (Supervisory Control and Data 
Aquisition), que consiste em sistemas baseados em softwares que proporcionam uma 
comunicação de dados utilizados para o monitoramento e controle de processos industriais. Este 
tipo de sistema costuma ser comercial, sendo disponibilizado no mercado e normalmente são 
utilizados nas indústrias. 
 O sistema SCADABR foi o sistema supervisório escolhido para ser utilizado neste 
projeto. Criado pela empresa MCA sistemas, este sistema é disponibilizado online de forma 
gratuita, sendo software livre desprovido de licenças de uso pagas. O SCADABR possui 
recursos como comunicação com CLP (Controlador Lógico Programável), possui suporte para 
os protocolos ModBus Serial e IP, ASCII, DNP3, IEC101, Bacnet e outros protocolos. Além 
de suportar os protocolos, também permite uma criação de uma IHM, geração de gráficos e 
relatórios, gerenciamento de alarmes e eventos, entre outros (SCADABR, 2016). 
 Por ser muito versátil, o sistema SCADABR permite que seja utilizado em diferentes 
sistemas operacionais como Windows e Linux, e também possui suporte para diferentes 
navegadores de internet. 
 Para utilizar o SCADABR é preciso que o mesmo seja instalado em um computador, 
que funcionará como um servidor. Para acessa-lo, basta executar um navegador de internet e 
digitar o endereço de computador em que se encontra instalado. Na figura 17, a página inicial 
do sistema SCADABR. 
 
Figura 17: Página inicial do sistema SCADABR. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 
31 
 
3 DESENVOLVIMENTO 
 
O desenvolvimento de projetos de eficiência energética está intimamente ligado a um 
melhor gerenciamento de energia elétrica de modo a priorizar seu uso em certas áreas de 
atuação, e identificar pontualmente as perdas e os gastos desnecessários, bem como, eventuais 
melhorias tanto na infraestrutura como na substituição de equipamentos defasados e de alto 
consumo, por equipamentos de alta eficiência. 
3.1 CENÁRIO ATUAL 
 
 No momento o consumidor não possui muitas informações a respeitodo consumo por 
equipamento em tempo real e está fadado a confiar nos dados de potência fornecido pelos 
fabricantes de cada equipamento e estipular um consumo médio por um período utilizado, 
porém, apenas no fim do mês o consumidor poderá saber o seu consumo e gasto total. 
 Através de um sistema de gerenciamento de energia elétrica via Wi-Fi com tecnologias 
de baixo custo e recursos de monitoramento e controle de energia elétrica é possível verificar 
pontualmente o consumo e monitorar os gastos, além de otimizar e priorizar a sua utilização. 
3.2 COMPONENTES UTILIZADOS 
 
 Para realizar o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia elétrica, 
foram pesquisadas diversas tecnologias de controle e monitoramento de tensão e corrente em 
um ponto da malha do sistema elétrico monofásico. Foram realizados diversos testes e pesquisas 
com intuito de se desenvolver um sistema eficiente e de baixo custo, para ser utilizado em larga 
escala com uma plataforma aberta e de rápida difusão. 
 De maneira geral, o sistema de gerenciamento é dividido em três etapas principais 
(figura 18). A primeira etapa é composta por um sistema de sensoriamento e atuação, conectado 
a um ponto de energia da rede elétrica monofásica, tendo a função de realizar a análise de tensão 
e corrente, bem como, o acionamento da carga. Em uma segunda etapa, o sistema de 
sensoriamento e atuação, estaria conectado à um sistema embarcado, capaz de receber os sinais 
dos sensores, processar os dados e enviar um sinal de controle. Por fim, em uma terceira etapa, 
o sistema supervisório receberá os valores dos sensores e irá proporcionar ao usuário o controle 
de acionamento da carga. 
 
32 
 
Figura 18: Diagrama em blocos do sistema de gerenciamento de energia elétrica. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
3.2.1 Plataforma ESP-201 
 
 A plataforma ESP-201 (figura 19), foi utilizada para a elaboração do sistema de 
gerenciamento remoto de energia elétrica, tem como base o circuito integrado ESP-8266 
fabricado pela Espressif. 
Este microcontrolador possui características de um sistema integrado que possui 
tecnologias embarcadas como Wi-Fi, portas de entrada e saídas digitais, interfaces de 
comunicação I2C, SPI e UART, entrada analógica, saídas PWM, entre outras que fazem deste 
microcontrolador uma opção viável para a realização deste projeto. 
Sua CPU opera em 80 MHz, com possibilidade de operar em 160 MHz, possui 
arquitetura RISC de 32 bits com 32 kbytes de RAM para instruções, 96 kbytes de RAM para 
dados e 64 kbytes de ROM para boot (ESPRESSIF, 2016). 
 
 
Figura 19: Plataforma ESP201 - vista frontal e inferior. 
 
Fonte: INSTRUCTABLES, 2016. 
 
 
 
33 
 
A Espressif disponibiliza exemplos de códigos e firmwares visando o crescimento da 
comunidade dando suporte aos usuários com lançamentos de novos firmwares e plataformas. 
O fabricante libera também o código-fonte do firmware que trata os comandos AT, que 
faz a interface com Wi-Fi correspondente aos comandos. 
Com relação ao consumo dependendo da aplicação não há necessidade de utilizar a 
potência total da transmissão Wi-Fi, portanto esta plataforma tem um baixo consumo energia 
elétrica. Na tabela 1, há o comparativo de consumo de durante a transmissão de sinal Wi-Fi. 
 
Tabela 1: Comparação do consumo de energia do ESP8266. 
Modo Típico Unidades 
Transmit 802.11b, CCK 1Mbps, POUT=+19.5dBm 215 mA 
Transmit 802.11b, CCK 11Mbps, POUT=+18.5dBm 197 mA 
Transmit 802.11g, OFDM 54Mbps, POUT =+16dBm 145 mA 
Transmit 802.11n, MCS7, POUT=+14dBm 135 mA 
Receive 802.11b, packet length=1024 byte, -80dBm 60 mA 
Receive 802.11g, packet length=1024 byte, -70dBm 60 mA 
Receive 802.11n, packet length=1024 byte, -65dBm 62 mA 
Standby 0.9 mA 
Deep sleep 10 uA 
Power save mode DTIM 1 1.2 mA 
Power save mode DTIM 3 0.86 mA 
Total shutdown 0.5 uA 
 
Fonte: ESPRESSIF, 2016, p.7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
 
3.2.2 Sensor de tensão 
 
O sensor de tensão escolhido foi o ZMPT101B da Interplus Industry, pois o mesmo 
possui maior precisão para medir as variações de tensão da rede elétrica, visto que possui de 
um transformador de corrente de 2mA para relacionar as grandezas de tensão de entrada e saída 
contribuindo ainda para uma maior proteção de isolamento da rede elétrica com o sistema de 
gerenciamento de energia elétrica via Wi-Fi, como pode ser observado na figura 20. 
 
Figura 20: Sensor de tensão ZMPT101B 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
 
Tendo em vista a curva linear de relação entre tensão de entrada e saída descrita pelo 
fabricante, foi possível calcular o coeficiente angular e linear através da amostragem de dados 
obtidos experimentalmente, variando a tensão de entrada e analisando a variação da tensão de 
saída. 
Para a realização de tal experimento, foi utilizado um arranjo elétrico com dois 
transformadores interligados, para simular um transformador de variação de tensão (Variac), 
sendo um de 127 VAC para 12 VAC, e outro de 12 VAC para 220 VAC, a fim de obter amostras 
de até 220 VAC ligados diretamente a um potenciômetro, que por sua vez está ligado a entrada 
do sensor de forma que, a variação de tensão de entrada obtivesse uma variação na tensão de 
saída, medindo os valores com um voltímetro e anotando os valores amostrados, como pode ser 
observado no circuito da figura 21. 
 
Figura 21: Circuito do arranjo elétrico de variação da tensão de entrada do sensor de tensão. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
35 
 
 Para se obter o modelo matemático da relação linear, deve ser utilizada a equação da 
reta (equação 3): 
 
 (3) 
 
A tabela 2, foi elaborada de acordo com os valores anotados das amostras coletadas de 
entrada e saída de tensão, relacionando esses valores em um plano cartesiano, a fim de encontrar 
o coeficiente angular e o coeficiente linear que relaciona as variáveis do gráfico 1. 
 
Tabela 2: Valores de amostras coletadas. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
Gráfico 1: Relação entrada/saída do sensor de tensão. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
36 
 
 O coeficiente angular e linear da reta, foram obtidos aplicando o Método dos Mínimos 
Quadrados devido à necessidade de aproximar os pontos de dispersão encontrados a uma reta 
comum a todos (OTAVIANO, 2006), como pode ser visto no sistema de equações 4: 
 
	 	
	 (4) 
 
Sendo N o número de variáveis amostradas, β o coeficiente linear, α o coeficiente 
angular, o somatório das variáveis em X, 	o somatório das variáveis em Y, 2	o 
somatório de todas as variáveis do eixo X elevadas ao quadrado e o somatório da 
multiplicação de todas as variáveis do eixo X e do eixo Y. 
Portanto, foi necessário montar uma tabela com as variáveis contendo as amostras 
colhidas e as relações que satisfazem a equação do Método do Mínimos Quadrados conforme 
a tabela 3. 
 
Tabela 3: Tabela de variáveis para montar o sistema do Método do Mínimos Quadrados. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Substituindo as variáveis dentro do sistema de equações (3) do Método dos Mínimos 
Quadrados, o sistema pode ser descrito da seguinte forma: 
 
13 780	 35,43
780 65000 2151,49 (5) 
 
37 
 
 Após a resolução do sistema, foi obtido o coeficiente angular α = 0,0014 e o coeficiente 
linear β = 2,64. A equação 6, mostra a equação da reta com os valores dos coeficientes inclusos. 
 
 0,0014 2,64 (6) 
 
 Portanto é possível correlacionar quaisquer valores de tensão de entrada em X com os 
valores de saída em Y traçando uma reta no gráfico, desprezando certos valores de dispersão 
com relação aos pontos no gráfico gerado como pode-se observar no gráfico 2. 
 
Gráfico 2 - Equação linear da reta do sensor de tensão ZMPT101B 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
3.2.3 Sensor de corrente 
 
 O sensor de corrente utilizado no projeto foi o ACS712-30A da Allegro Microsystem,pois possui boa precisão e capacidade de realizar medições de correntes de até 30 A. 
O fabricante disponibiliza na documentação (datasheet) do sensor todas as informações 
para sua utilização, bem como a relação de tensão por ampere, suas características de trabalho, 
circuitos exemplos e todos os dados relativos a aquisição de dados. 
 Este sensor tem por característica relacionar o campo magnético que atravessa o 
condutor ao haver corrente elétrica, através de um sensor de efeito Hall, presente no CI 
ACS712-30A, este que realiza uma associação entre o campo magnético e a corrente que passa 
pelo condutor. No datasheet do fabricante, pode-se observar que a sensibilidade deste sensor é 
de 66 mV/A e sua curva de resposta é de natureza linear (ALLEGRO, 2016). 
38 
 
3.2.4 Conversor analógico/digital 
 
Neste projeto é utilizado o conversor ADS1115 fabricado pela Texas Intruments. Este 
conversor possui uma resolução de 16 bits e 4 canais de entrada destinadas aos sensores de 
corrente e tensão utilizados neste projeto. 
Para a leitura dos sensores, os valores são enviados via interface serial I²C para o 
microcontrolador. De acordo com o datasheet do conversor, no protocolo de comunicação é 
preciso primeiro enviar pela interface serial I²C o endereço do conversor, sendo este 
configurado pelo pino de endereço, depois é preciso enviar os dados de configuração do 
conversor de 16 bits, estes dados possuem vários bits de configuração, tais como ajuste do 
ganho, endereço do canal desejado para a leitura, dados para ajustes de comparadores de tensão 
internos do conversor, entre outros. A taxa máxima de amostragem deste conversor é de 860 
amostras por segundo, esta taxa de amostragem atende perfeitamente o projeto, pois o sinal de 
rede a ser lido é de 60 Hz (Hertz), ou seja, cada período da onda senoidal dura em torno de 16 
ms (TEXAS, 2016). Na figura 22 pode ser visualizado o esquema interno do conversor 
ADS1115. 
Figura 22: Diagrama de bloco do ADS1115. 
 
Fonte: TEXAS, 2016, p.10. 
 
Para conectar o conversor ADC ao microcontrolador, é preciso utilizar um conversor de 
nível lógico no barramento I²C, para reduzir a tensão do nível lógico de 5 V para 3.3 V, pois o 
conversor analógico digital foi alimentado com 5 V, e o microcontrolador foi alimentado com 
3.3 V. Para evitar danos ao microcontrolador, foi utilizado um conversor de nível lógico, que 
constitui de um circuito eletrônico composto por um MOSFET e alguns resistores. Com isso 
39 
 
foi possível estabelecer uma conexão de hardware de forma segura. Na figura 23, há o circuito 
eletrônico do converso de nível lógico (SPARKFUN, 2016). 
 
Figura 23: Circuito conversor de nível lógico. 
 
Fonte: SPARKFUN, 2016. 
3.2.5 Circuito de acionamento 
 
 O circuito de acionamento elétrico foi desenvolvido afim de se obter um acionamento 
elétrico eficiente. Como foi visto na secção 2 deste projeto, o circuito foi modelado com base 
em outros circuitos genéricos, porém os componentes foram dimensionados para atender as 
necessidades deste projeto. Na figura 24, é possivel ver o esquema completo do módulo de 
acionamento elétrico utilizado no sistema. 
 
Figura 24: Esquema completo do circuito de acionamento. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
40 
 
3.2.6 Alimentação do circuito 
 
Para alimentar o circuito do projeto foi utilizado uma fonte chaveada, por ser compacta 
e atender as especificações do projeto. De acordo com dados experimentais, o consumo máximo 
do circuito varia de 300 a 350 mA em pleno funcionamento. Portanto, foi utilizado uma fonte 
chaveada de 5 V por 600 mA (Figura 25), deixando assim uma margem de segurança caso haja 
um consumo além do previsto. 
Além da fonte chaveada, foi necessário o uso de um conversor DC-DC (Figura 26), que 
converte a diferença de potencial de um nível alto para um mais baixo. Este conversor é somente 
utilizado para correntes continuas. O valor de tensão na saída é regulada através de um trimpot 
integrado na placa do conversor. O conversor foi regulado para uma tensão de saída de 3.3 V 
para alimentar o microcontrolador. O conversor ADC, sensores e o circuito de acionamento 
funcionam com 5 V. 
Figura 25: Fonte chaveada de 5 V. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
Figura 26: Conversor DC-DC. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
41 
 
3.2.7 Conversor serial 
 
O microcontrolador deste projeto possui uma interface serial integrada para realizar a 
comunicação com o microcomputador e assim realizar a gravação do programa em sua 
memória. Foi utilizado um conversor USB/RS232 para realizar a comunicação com o 
computador, visto que a interface serial RS232 caiu em desuso para os microcomputadores 
atuais. 
O conversor utilizado é o FT232R fabricado pela empresa FTDI. A empresa fornece os 
drivers para vários sistemas operacionais gratuitamente em seu site. Na figura 27 é possível ver 
a placa utilizada no projeto contemplando um layout simples e eficiente para o uso em diversos 
microcontroladores disponíveis no mercado (FTDI, 2016). 
 
Figura 27: Placa do conversor USB/RS232. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 É importante lembrar que o microcontrolador trabalha com uma tensão de 3.3V, porém 
a tensão de trabalho da interface serial USB trabalha com 5V, então foi preciso fazer um ajuste 
na tensão de referência do conversor, mudando para 3.3V. Isso foi possível pois o conversor 
possui um regulador de tensão interno que fornece a tensão de 3.3V, assim os níveis lógicos 
dos sinais de saída serão de 3.3V, não havendo riscos de queimar a porta do microcontrolador. 
O layout da placa já foi preparado para fazer este tipo de regulagem, basta apenas soldar dois 
terminais de referência para 3.3V como mostra a figura 28. Após o ajuste na tensão de 
referência, a ligação foi realizada respeitando a inversão dos sinais TX e RX, entre o conversor 
e o microcontrolador. 
Figura 28: Verso da placa do conversor. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
42 
 
3.3 INTEGRAÇÃO DOS COMPONENTES 
 
Este tópico trata da integração dos componentes citados nos subitens anteriores, de 
forma a mostrar a interação dos componentes na formação do módulo de gerenciamento de 
energia elétrica que por sua vez vai se comunicar com o sistema supervisório. 
A plataforma ESP-201 baseada no microcontrolador ESP-8266 da Espressif, foi 
utilizada neste projeto por utilizar tecnologias embarcadas como Wi-Fi, portas de entrada, 
saídas digitais, interface comunicação I²C. 
Logo, o microcontrolador em questão, possui uma simples integração com os roteadores 
Wi-Fi e com as redes de computadores existentes no mercado, permitindo assim utilizar a 
mesma infraestrutura de comunicação e desenvolvimento da atualidade. Permite também uma 
integração com os sensores, sistemas de controle e outros dispositivos existentes. 
Foram utilizados os sensores de tensão ZMTP-101B e de corrente ACS712-30A, ambos 
se comunicando com o conversor analógico-digital ADS1115 de 16 bits, este que por sua vez 
se comunica com a plataforma ESP-201 através da interface I²C, conectado através de um 
conversor de nível lógico de 5 V para 3.3 V, visto que o microcontrolador ESP-8266 trabalha 
com uma tensão de 3.3 V. 
Para a comunicação entre o computador e o ESP-8266, foi utilizado um conversor serial 
USB para RS232, onde é possível realizar a gravação do software na memória do ESP-8266, 
através de um CI chamado FT232R, que tem como função realizar este tipo de conversão, 
observando as devidas conexões de ambos os CI’s. 
Como fonte de alimentação de todo o sistema utiliza uma fonte chaveada de 5 V e um 
conversor DC-DC step down, que regula a tensão de entrada pata 3.3 V. A figura 29 mostra o 
diagrama em blocos do sistema. 
 
Figura 29: Diagrama em bloco do sistema de gerenciamento de energia elétrica. 
 
Fonte: Elaborado pelos autores. 
43 
 
3.3.1 Aquisição de dados 
 
 Neste projeto que tem como um dos objetivos realizara leitura do consumo de energia, 
é essencial que seja desenvolvido um programa capaz de proporcionar uma leitura adequada de 
cada sensor utilizado. Para isto, é imprescindível o uso de um conversor analógico digital, pois 
os sensores realizam a conversão de grandezas físicas para níveis de tensão compatíveis com o 
microcontrolador. Visto a incapacidade técnica do conversor ADC do microcontrolador 
utilizado para realizar tais medições, foi utilizado um conversor ADC externo, garantindo maior 
segurança nas leituras dos sensores de tensão e corrente. 
O conversor ADS1115 utilizado no projeto, se comunica via interface I²C, esta interface, 
no entanto necessita de um tratamento de dados via software. No pacote de softwares vindo 
com o compilador do ESP8266, inclui uma biblioteca pronta para tratar os dados da interface 
I²C, essa biblioteca facilita a programação da aplicação, visto que o programador não precisa 
se preocupar com códigos de baixo nível, pois para este microcontrolador, controlar a interface 
I²C se torna padrão para todas as aplicações. 
Além de controlar a interface I²C, é preciso saber o protocolo de comunicação do 
conversor, para isso é necessário consultar o datasheet do conversor fornecido pelo fabricante, 
onde existem as informações referentes ao conversor e ao protocolo utilizado pelo mesmo. 
 Para facilitar e simplificar o código final deste projeto, foi utilizado uma biblioteca que 
contém funções integradas para o melhor controle do conversor, porém foi preciso realizar 
algumas alterações nas variáveis constante da biblioteca e adapta-la para este projeto. 
 As funções utilizadas para a leitura e controle do conversor podem ser visualizadas na 
figura 30. 
Figura 30: Funções do conversor analógico-digital. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Na primeira linha, é realizada a inclusão da biblioteca do conversor ADS1115 ao 
programa. Inicialmente esta biblioteca foi desenvolvida para o conversor da versão de 12 bits, 
porém a mesma foi modificada para ser utilizada na versão do conversor de 16 bits. Já na 
segunda linha do código, é feito o registro do endereço atual do conversor, de acordo com o 
44 
 
pino ADDR do conversor, este valor pode ser alterado, no caso deste projeto, o pino ADDR foi 
aterrado, configurando o bit de endereço para nível baixo. Na terceira e quarta linha, é feita a 
chamada da função que realiza a leitura dos sensores, para isto, basta enviar como parâmetro, 
o número da porta em que o sensor está conectado. A função “readADC_SingleEnded()” faz o 
envio dos dados de configuração vistos anteriormente. Estes dados são definidos pela função 
automaticamente. 
 Para fazer o processamento adequado da leitura dos sensores, foi desenvolvido um 
algoritmo onde a função “readADC_SingleEnded()” é chamada 50 vezes seguidas. Em cada 
chamada, a função retorna o valor lido em bits pelo sensor. Entre cada leitura é preciso esperar 
2 ms antes de realizar uma nova leitura, este intervalo de tempo é necessário para aguardar o 
valor da leitura ser transferido para o registrador do conversor. 
Após ser realizada a leitura, o valor lido é armazenado numa variável e comparado ao 
valor lido anteriormente, pois como se trata de uma onda senoidal, a leitura da tensão pode 
ocorrer fora do pico do sinal, o que não é desejável, já que se pretende obter o valor máximo de 
tensão ou corrente. O algoritmo faz com que seja armazenado o maior valor lido de 50 amostras. 
O bloco de código que trata da leitura dos sensores pode ser visto na figura 31. 
 
Figura 31: Algoritmo para aquisição de dados. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
. 
 Quando o valor máximo lido em cada sensor é armazenado, é preciso converte-lo em 
grandezas físicas, no caso, valores de corrente e tensão. O valor do conversor dado em níveis 
de tensão é convertido afim de obter a tensão real na entrada do conversor ADC. Para isto é 
preciso saber qual é o valor de tensão em cada nível do conversor. Sabendo deste valor, basta 
45 
 
multiplica-lo pelo valor de níveis obtidos na leitura. No caso deste conversor, com o ganho 
configurado para 2/3, a faixa de tensão varia de 0 V a 6,144 V, então cada nível tem o valor de 
tensão de 0.1875mV. O algoritmo de conversão pode ser visto na figura 32. 
 
Figura 32: Algoritmo de conversão de níveis para tensão. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
Após obter o valor de tensão na entrada do conversor, é preciso converter este valor para 
a grandeza física da entrada do sensor. Como foi visto anteriormente no tópico de sensores, a 
modelagem matemática é aplicada no algoritmo afim de se obter o valor original da entrada dos 
sensores. Veja na figura 33 a modelagem matemática sendo aplicada no algoritmo. 
 
Figura 33: Algoritmo de conversão dos sensores. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
Todo o valor de tensão lido na entrada do conversor abaixo de 2.647 V, é considerado 
como 0 V na entrada do sensor de tensão. E para o sensor de corrente, todo o valor lido abaixo 
de 2.65 V é considerado 0 A. Esses valores foram desprezados para evitar falsas leituras ou 
ruídos, visto que os valores lidos são muito baixos, podendo ser aproximado para zero. Todos 
os valores salvos dessas condições são calculados como é mostrado na figura 33. 
 
46 
 
3.3.2 Acionamento elétrico via software 
 
Para fazer o acionamento elétrico, basta que o microcontrolador mude o nível lógico da 
porta de saída escolhida para alto ou baixo, alto para ligar e baixo para desligar. Este sinal é 
inserido ao circuito acionador que faz o chaveamento do relé. 
No entanto, este acionamento é feito pelo sistema supervisório SCADABR através de 
uma interface virtual. Esta interface permite que o usuário possa facilmente ligar ou desligar o 
ponto de energia elétrica, de forma simples e intuitiva através de um botão virtual. 
Quando o usuário clica no botão virtual, o sistema supervisório lê esse comando, e o 
envia para o dispositivo via protocolo ModBus IP, porém esta transmissão é feita pela rede 
wireless. No dispositivo escravo, no caso o gerenciador de energia, recebe esse comando como 
um pacote de dados, e então faz o processamento de forma a desmontar o pacote em várias 
partes até chegar na informação em que contém o código da função do protocolo ModBus e o 
registrador responsável. 
No caso do relé, é tratado como uma função que se chama COIL, essa função tem o 
código 0x05 e para o registrador responsável foi atribuído o valor 100. Na parte de dados do 
pacote o valor para acionar é 0xFF em seguida o valor 0x00, o nível da saída digital do 
microcontrolador será alto. Para desligar o valor a ser lido é 0x00 seguido de 0x00, com isso o 
valor na saída digital será baixo. O programa irá armazenar estes valores no registrador 
atribuído à saída digital de acionamento. Após o processamento do pacote de dados, o programa 
irá atualizar a porta de saída mudando o nível lógico para alto ou baixo, fazendo assim o 
acionamento elétrico do dispositivo. Na figura 34, é possível ver as funções que fazem parte do 
acionamento elétrico. 
 
Figura 34: Funções do COIL. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Na primeira instrução, é definido o nome “TOMADA” como uma variável inteira 
constante e foi atribuído o valor 300. Depois é chamada a função “addCoil”, que tem como 
função reservar um registrador com o endereço 300. Também é preciso configurar a porta 
digital do microcontrolador como saída, no caso foi selecionada a porta de número 13. Após 
47 
 
serem processados os dados vindos do sistema supervisório, o programa atualiza o nível lógico 
da porta através da função “digitalWrite” e seus parâmetros como número da porta e nível 
lógico alto ou baixo. 
3.3.3 Integração com a rede WiFi 
 
 Conforme visto anteriormente, o microcontrolador ESP8266 já possui sistema WiFi 
integrado em seu encapsulamento. O microcontrolador pode ter o sistema WiFi configurado de3 formas: Como ponto de acesso (Access Point - AP), onde o microcontrolador cria uma rede 
wireless, possibilitando que vários computadores acessem, pode ser configurado em modo 
cliente, onde o microcontrolador se conecta a uma rede local, ou pode ser configurado em 
ambos os modos simultaneamente, tanto como cliente e como AP. 
 No caso deste projeto, o microcontrolador se conecta a uma rede local wireless, 
possibilitando se comunicar com outros computadores, no caso, irá se comunicar com o 
servidor do sistema supervisório. 
 No pacote de software que acompanha compilador, há uma biblioteca chamada 
“ESP8266WiFi.h”, que possibilita a configuração e integração com a rede WiFi. 
Para se conectar à rede local, é preciso inserir no programa os dados da rede local na 
qual se deseja conectar. Isto é feito passando o SSID (Service Set IDentifier) e a senha do 
roteador local como parâmetro na função, onde o SSID é a identificação do roteador. 
Após passar os parâmetros para a função o programa tentará se conectar à rede até que 
obtenha sucesso. Se o microcontrolador conseguir se conectar, é enviado via interface serial 
RS-232 o endereço de IP que o microcontrolador recebeu do roteador. Com esse endereço será 
possível efetuar a configuração do sistema supervisório. Na figura 35 pode-se visualizar o bloco 
do código que é responsável pela conexão à rede local wireless. 
 
Figura 35: Funções de controle da rede WiFi. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
48 
 
3.3.4 Integração com o ModBus IP 
 
 Através da biblioteca MODBUS IP, é possível realizar a transferência de dados via Wi-
Fi, fazendo com que as leituras dos sensores já processadas pelo programa, sejam enviadas para 
o sistema supervisório. 
 O primeiro comando a ser executado para a integração ao MODBUS IP é incluir a 
biblioteca no programa principal do microcontrolador. Após ser incluída, é necessário criar um 
objeto para que se possa acessar as funções da biblioteca (figura 36). 
 
Figura 36: Inclusão das bibliotecas do ModBus. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
Os valores lidos nos sensores devem ser armazenados nos registradores do protocolo 
MobBus, para isto é preciso primeiro atribuir um endereço para o registrador e depois adicionar 
os registradores ao programa principal. Foi atribuído o valor 100 para registrar as leituras de 
tensão e 200 para as leituras de corrente. A figura 37 mostra as funções utilizadas para adicionar 
os registradores. 
Figura 37: Configuração dos registradores. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Após a inclusão dos registradores a função “mb.task()” é chamada para verificar se há 
alguma requisição do dispositivo mestre (sistema supervisório), caso haja alguma requisição, a 
função se encarregará de processar a requisição e responde-las com os valores adicionados nos 
registradores ou irá atualizar o valor de algum registrador, dependendo do tipo. Após ser 
executada essa função, o programa segue sua rotina programada realizando a coleta de dados e 
armazenando estes dados nos registradores (figura 28). 
Figura 38: Atualização dos registradores. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
49 
 
3.3.5 Configuração do ScadaBR 
 
 A interface gráfica do sistema SCADABR permite que a configuração do sistema 
supervisório seja feita de forma simples e intuitiva. 
 Primeiramente é preciso que se adicione fontes de dados (Data sources) ao sistema 
(figura 39), para que se possa recolher os dados através de uma rede de comunicação, depois 
estes dados serão representados no Watch list em forma de texto. 
 
Figura 39: Página Data sources do sistema SCADABR. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Para criar um data source para o protocolo ModBus IP utilizado neste projeto, é preciso 
seleciona-lo na lista de protocolos e configura-lo. Após este procedimento, será exibida uma 
nova página de configuração do data source (Figura 40). Na página de configuração, podem 
ser visualizados todos os parâmetros de conexão ao dispositivo escravo, tal como endereço de 
IP do escravo, a porta de conexão, o tipo de transporte, taxa de atualização dos dados e etc. 
É importante lembrar que como o protocolo ModBus é encapsulado no protocolo 
TCP/IP, o endereço do protocolo ModBus será o próprio endereço de IP do encapsulamento, 
por isso deve-se configurar o endereço do protocolo ModBus com o valor 1. 
 Outro ponto importante da página é a configuração dos registradores utilizados no 
dispositivo escravo, que será configurado e adicionado de acordo com o seu tipo e endereço. 
Os registradores do dispositivo escravo são chamados de Data points no sistema SCADABR, 
que são exibidos na página de configuração do protocolo ModBus, e quando ativos, os valores 
recebidos são exibidos na página Watchlist. 
 
50 
 
Figura 40: Página de configuração de Data Source do sistema SCADABR. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 Após a configuração do data source, o sistema já pode ser testado, e deve ser verificado 
se os valores estão sendo transmitidos corretamente do dispositivo escravo para o sistema 
supervisório. O teste é feito através da página do watchlist (figura 41), para isto os points devem 
ser ativados e adicionados. 
Figura 41: Watchlist. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
51 
 
 Para a obtenção dos valores de potência, foi necessário criar um outro data source, estes 
com dados virtuais, ou seja, não é adquirido de sistemas remotos. Estes dados virtuais é 
resultado de um script que realiza um cálculo para a obtenção da potência ativa (VA). O script 
escrito utiliza os dados externos providos pelo dispositivo escravo. 
 A adição do data source virtual é feita pela página de data sources (figura 42), porém 
seu tipo é diferente, para isto é preciso adicionar um Data source meta. Este tipo de data source 
fará com que o resultado obtido pelo script seja armazenado nesta data source, que se comporta 
de forma similar a um data source externo. Na figura 41 é possível ver o script escrito para o 
data source virtual, que fará o cálculo da potência baseado nos valores de tensão e corrente 
providos pelo dispositivo remoto. 
 
Figura 42: Página de configuração do data source meta. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
 
3.3.6 Interface Homem – Maquina 
 
 A interface homem-máquina (IHM), foi desenvolvida de forma a facilitar a utilização 
do sistema pelo usuário que possui poucos conhecimentos ou até mesmo nenhum 
conhecimento. A representação gráfica dos valores de corrente e tensão é apresentado na 
interface, mas também é possível ver um histórico de consumo no sistema supervisório. 
Também possui um gráfico de potência em VA e o consumo instantâneo em kWh, 
unidade utilizada pela concessionária de energia. A atualização dos gráficos varia em função 
da aquisição de dados pelo sistema, por tanto se não houverem dados, os gráficos tendem a 
permanecerem vazios, visto que estes variam em função do tempo. 
 Um dos recursos da interface, possibilita que o usuário possa identificar o seu consumo 
total da utilização daquele equipamento elétrico, bem como a contabilização do custo total. O 
valor do consumo e do gasto financeiro, pode ser zerado de acordo com a necessidade do 
usuário, através de um botão disponibilizado na própria interface. 
 Para a contabilização dos custos, o usuário precisa inserir o valor da tarifa da 
concessionária de energia. Também é possível ajustar o valor do fator de potência, visto que 
este ainda não é calculado pelo equipamento. 
Na figura 43 é possível ver a representação gráfica ou IHM desenvolvida neste projeto. 
 
Figura 43: Interface homem-máquina - IHM. 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
53 
 
3.4 IMPLEMENTAÇÃO PRÁTICA 
 
 Para fins de testes foi confeccionada uma placa de prototipação, de forma a integrar 
todos os componentes relatados anteriormente e verificar seu funcionamento prático e testar a 
eficácia do sistema. 
Após a