Sistema de monitoramento de energia elétrica via web

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO 
GRANDE DO NORTE 
CAMPUS NATAL - ZONA NORTE 
 
 
 
 
 
 
MAGNO MATHEUS DO NASCIMENTO 
MELQUISEDEQUE DE LIMA BENTO 
OTÁVIO GABRIEL SILVA DO NASCIMENTO 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE MONITORAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA VIA WEB 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NATAL-RN 
2017 
 
 
 
MAGNO MATHEUS DO NASCIMENTO 
MELQUISEDEQUE DE LIMA BENTO 
OTÁVIO GABRIEL SILVA DO NASCIMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE MONITORAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA VIA WEB 
 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado ao Curso Técnico Integrado 
em Eletrônica do Instituto Federal de 
Educação, Ciência e Tecnologia do Rio 
Grande do Norte, em cumprimento às 
exigências legais como requisito parcial à 
obtenção do título de Técnico em Eletrônica. 
 
Orientador: Dr. Érico Cadineli Braz 
 
 
 
 
 
 
 
NATAL-RN 
2017 
 
 
 
MAGNO MATHEUS DO NASCIMENTO 
MELQUISEDEQUE DE LIMA BENTO 
OTÁVIO GABRIEL SILVA DO NASCIMENTO 
 
 
SISTEMA DE MONITORAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA VIA WEB 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado ao Curso Técnico Integrado 
em Eletrônica do Instituto Federal de 
Educação, Ciência e Tecnologia do Rio 
Grande do Norte, em cumprimento às 
exigências legais como requisito parcial à 
obtenção do título de Técnico em Eletrônica. 
 
 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado e aprovado em ___/___/____, 
pela seguinte Banca Examinadora: 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
____________________________________________________ 
Érico Cadineli Braz, Prof. Dr. - Presidente 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte 
 
____________________________________________________ 
Jair Fernandes de Souza, Prof. Dr. - Examinador 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas 
 
____________________________________________________ 
José Adriano da Costa, Prof. Msc. - Examinador 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para todos que já tiveram um momento de fraqueza. Não vai doer para sempre, 
então não deixes afetar o que há de melhor em você. Lute para mudar o mundo. 
 
 
 
AGRADECIMENTO 
Agradecemos a todos os nossos professores por nos proporcionarem o 
conhecimento, não apenas racional, mas a manifestação do caráter e afetividade da 
educação no processo de formação profissional, por tanto que se dedicam a nós, não 
somente por nos ter ensinado, mas nos feito aprender. A palavra mestre nunca fará 
justiça аоs professores dedicados аоs quais sеm nominar terão оs nossos eternos 
agradecimentos. 
Agradecemos ao nosso orientador, Dr. Érico Braz, que se mostrou um 
orientador dedicado que está sempre se preocupando com os nossos conhecimentos 
e cobrando determinados aprendizados. Ele tem mostrado o seu empenho e esforço 
em nos ajudar a concluir essa realização acadêmica. 
Agradecemos também ao nosso professor, Dr. Jair Fernandes, pela grande 
contribuição sempre se mostrando presente para nos auxiliar no desenvolvimento 
deste trabalho, tanto com relação às aulas quanto fora delas. 
Agradecemos também ao nosso professor Adriano Costa por nos ter ajudado 
na busca de informações que ajudaram na construção dessa obra. 
Agradecimento em peso a turma 4.4206.1M, 2017 (NPN), por todo o apoio e 
motivação que nos deram em nossos momentos de fraqueza. Os quais nos fizeram 
reerguer das cinzas e concluir esta pesquisa. 
À instituição pelo ambiente criativo e amigável que nos proporciona. 
Aos nossos pais e entes queridos pelo amor, incentivo e apoio incondicional. 
Nossos agradecimentos аоs amigos, companheiros dе trabalhos е irmãos nа 
amizade qυе fizeram parte dаs nossas formações acadêmicas е qυе vão continuar 
presentes еm nossas vidas cоm certeza. 
A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram/fazem parte dаs nossas vidas, оs 
nossos agradecimentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“As pessoas costumam dizer que a 
motivação não dura sempre. Bem, nem o 
efeito do banho, por isso recomenda-se 
diariamente”. 
(Zig Ziglar) 
 
 
 
RESUMO 
 
Com o desenvolvimento tecnológico e o crescimento econômico, o consumo de 
energia elétrica vem se tornando cada vez mais expressivo no país. Atrelado ao 
consumo, problemas com gastos exacerbados de energia podem vir a afetar 
economicamente o consumidor e ao mesmo tempo o meio ambiente. Pensando nisto, 
no trabalho proposto é apresentado o desenvolvimento de um medidor eletrônico de 
consumo de energia elétrica residencial com acesso remoto via sistema WEB, tendo 
como finalidade facilitar o monitoramento e gerenciamento do consumo de energia 
elétrica. Para tal, foi utilizado um circuito microcontrolador (Arduino) que recebe de 
sensores de corrente e tensão sinais analógicos que são processados para calcular a 
potência ativa, reativa, aparente e o fator de potência. Os resultados são enviados 
para um display de cristal líquido para a visualização local e também são hospedados 
em uma página WEB que possibilita, através de um circuito específico ethernet, 
acoplada ao circuito, o acesso pelo browser de um computador. Dessa forma, o 
usuário desenvolverá uma maior conscientização acerca de seus gastos com energia 
elétrica. 
 
Palavras-chave: Energia elétrica; monitoramento do consumo elétrico residencial; 
sistema WEB. 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
With technological development and economic growth, the consumption of electric 
energy has become increasingly significant in the country. Coupled with consumption, 
problems with exacerbated energy spending may affect the consumer and the 
environment at the same time. Considering this, the proposed work presents the 
development of an electronic meter of residential electric energy consumption demand 
with remote access via WEB system in order to facilitate the monitoring and 
management of electric energy consumption. For that, a microcontroller circuit 
(Arduino) was used that receives from analogue current and voltage sensors analog 
signals that are processed to calculate the active, reactive, apparent power and the 
power factor. The results are sent to a liquid crystal display for local viewing and are 
also hosted on a WEB page that allows, through a specific ethernet circuit coupled to 
the circuit, access by the browser of a computer. In this way, the user will develop a 
greater awareness about your expenditures with electric energy. 
 
Keywords: Electric power; monitoring of residential electrical consumption; WEB 
system. 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1: Exemplificação do experimento de Tales de Mileto ................................... 22 
Figura 2: Exemplificação de um processo de eletrização por atrito .......................... 22 
Figura 3: Fragmento de magnetita ............................................................................ 23 
Figura 4: Bússola chinesa ......................................................................................... 23 
Figura 5: Campo magnético do ímã .......................................................................... 24 
Figura 6: Eixos de rotação e do dipolo magnético da Terra. ..................................... 24 
Figura 7: Banda de energia de um material isolante (à esquerda), de um condutor (ao 
centro) e de um semicondutor (à direita) ................................................................... 25 
Figura 8: Exemplificação do experimento com rãs realizado por Luigi Galvani......... 26 
Figura 9: A pilha de Volta .......................................................................................... 26 
Figura 10: Exemplificação da Lei de faraday-Lenz .................................................... 27 
Figura 11: Capa do Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo de Maxwell............... 28 
Figura 12: Exemplificação do Efeito Hall ...................................................................29 
Figura 13: Distribuição da Matriz Energética Brasileira ............................................. 30 
Figura 14: Triângulo de potências ............................................................................. 36 
Figura 15: Arduino UNO ............................................................................................ 41 
Figura 16: IDE Arduino .............................................................................................. 42 
Figura 17: Esquemático do sistema proposto ........................................................... 44 
Figura 18: Sensor ACS712........................................................................................ 44 
Figura 19: Sensor ZMPT101B ................................................................................... 45 
Figura 20: Ethernet Shield ......................................................................................... 47 
Figura 21: Display de Cristal Líquido ......................................................................... 47 
Figura 22: Camadas dos monitores LCD .................................................................. 48 
Figura 23: Módulo I2C ............................................................................................... 49 
Figura 24: Varivolt Variac .......................................................................................... 49 
Figura 25: Curva de resposta do sensor de tensão ................................................... 50 
Figura 26: Circuito de calibração do ACS712 ............................................................ 51 
Figura 27: Esquema elétrico do sistema ................................................................... 53 
Figura 28: Conjunto de lâmpadas incandescentes .................................................... 54 
Figura 29: Aspirador Electrolux ................................................................................. 54 
Figura 30: Projetor Epson .......................................................................................... 54 
Figura 31: Multímetro (a) e Alicate Amperímetro (b) ................................................. 55 
 
 
 
Figura 32: Logomarca do MIT APP INVENTOR ........................................................ 57 
Figura 33: Protótipo montado .................................................................................... 58 
Figura 34: Visualização dos valores de tensão e corrente eficazes do conjunto de 
lâmpadas ................................................................................................................... 59 
Figura 35: Sistema WEB em funcionamento ............................................................. 66 
Figura 36: Aplicação mobile em funcionamento ........................................................ 66 
Figura 37: Anúncio LCD no site AliExpress ............................................................... 76 
Figura 38: Anúncio ZMPT101B no site AliExpress .................................................... 76 
Figura 39: Anúncio ACS712 no site AliExpress ......................................................... 76 
Figura 40: Anúncio Arduino UNO R3 no site AliExpress ........................................... 77 
Figura 41: Anúncio Shield Ethernet no site AliExpress ............................................. 77 
Figura 42: Enquete - Pergunta 1 ............................................................................... 78 
Figura 43: Enquete - Pergunta 2 ............................................................................... 78 
Figura 44: Enquete - Pergunta 3 ............................................................................... 78 
Figura 45: Enquete - Pergunta 4 ............................................................................... 79 
Figura 46: Enquete - Pergunta 5 ............................................................................... 79 
Figura 47: Enquete - Pergunta 6 ............................................................................... 79 
Figura 48: Imagem (A) remete a tela de login enquanto a imagem (B) corresponde a 
tela do cálculo do consumo elétrico .......................................................................... 87 
Figura 49: Tela de login (interface WEB)................................................................... 89 
Figura 50: Menu principal (interface WEB) ................................................................ 90 
Figura 51: Logo do trabalho desenvolvida pelos integrantes .................................... 91 
Figura 52: Comparação entre a tensão medida pelo alicate amperímetro o sistema 
desenvolvido ............................................................................................................. 92 
Figura 53: Comparação entre a corrente medida pelo alicate amperímetro o sistema 
desenvolvido ............................................................................................................. 92 
Figura 54: Comparação entre a potência aparente medida pelo alicate amperímetro o 
sistema desenvolvido ................................................................................................ 93 
Figura 55: Comparação entre a potência ativa medida pelo alicate amperímetro o 
sistema desenvolvido ................................................................................................ 93 
Figura 56: Comparação entre a potência reativa medida pelo alicate amperímetro o 
sistema desenvolvido ................................................................................................ 94 
Figura 57: Comparação entre o fator de potência medida pelo alicate amperímetro o 
sistema desenvolvido ................................................................................................ 94 
file:///F:/PCC/TCC/TCC_Magno_Melqui_Otávio_.docx%23_Toc502597236
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1: Empreendimentos em Operação ............................................................... 18 
Tabela 2: Especificações Técnicas do Arduino UNO ................................................ 40 
Tabela 3: Pinagem do LCD utilizado ......................................................................... 48 
Tabela 4: Parâmetros elétricos obtidos quando do teste com o conjunto de lâmpadas
 .................................................................................................................................. 59 
Tabela 5: Valores máximos e mínimos obtidos das medições realizados pelo sistema
 .................................................................................................................................. 60 
Tabela 6: Comparativo entre os valores médios medidos pelo sistema desenvolvido e 
pelo instrumento referência ....................................................................................... 60 
Tabela 7: Valores máximos e mínimos obtidos das medições realizados pelo sistema
 .................................................................................................................................. 61 
Tabela 8: Comparativo entre os valores médios medidos pelo sistema desenvolvido e 
pelo instrumento referência ....................................................................................... 61 
Tabela 9: Desvios e Erros Experimentais da Tensão Medida ................................... 62 
Tabela 10: Desvios e Erros Experimentais da Corrente Medida ............................... 63 
Tabela 11: Relação dos Valores de Tensão, Corrente e Potência medidos pelo 
equipamento de referência e pelo sistema desenvolvido .......................................... 64 
Tabela 12: Relação dos Valores de Tensão, Corrente e Potência medidos pelo 
equipamento de referência e pelo sistema desenvolvido (pós calibração) ............... 64 
Tabela 13: Custos para desenvolvimento do projeto ................................................ 67 
Tabela 14: Valores da calibração do ZMPT101B ......................................................81 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
A Ampére 
ADC Analogic-Digital Converter 
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica 
API Application Programming Interface 
AREF Analog Reference 
AVR Advanced Virtual RISC 
BEN Balanço Energético Nacional 
°C Graus Celsius 
CC Corrente Contínua 
CA Corrente Alternada 
CGRAM Character Graphics Random Access Memory 
CHESF Companhia Hidrelétrica do São Francisco 
COSERN Companhia Energética do Rio Grande do Norte 
CSS Cascading Style Sheets 
DDRAM Data Display Random Access Memory 
DPI Dots per Inch 
DSP Digital Signal Processor 
EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only 
FP Fator de Potência 
HTML HyperText Markup Language 
HTTP HyperText Transfer Protocol 
I2C Inter-Integrated Circuit 
ICSP In Circuit Serial Programming 
IDE Integrated Development Enviroment 
IFRN Instituto Federal do Rio Grande do Norte 
IP Internet Protocol 
JS JavaScript 
kB Quilobyte 
kΩ Quilo-Ohm 
kV Quilovolt 
kVRMS Quilovolt eficaz 
kW Quilowatt 
 
 
 
LCD Liquid Crystal Display 
LED Light Emitting Diode 
mA Miliampére 
MacOSX Macintosh Operating Systems 
MHz Megahertz 
MISO Master In Slave Out 
MMA Ministério de Minas e Energia 
MOSI Master Out Slave In 
P Potência Instantânea 
Pa Potência Ativa 
PLD Programmable Logic Dispositives 
PWM Pulse Width Modulator 
Q Potência Reativa 
RAM Random Access memory 
REST Representational State Transfer 
RISC Reduced Instruction Set Computer 
RX Recepção de Dados 
S Potência Aparente 
SCK Serial Clock 
SCL Serial Clock 
SDA Serial Data 
SOIC8 Small Outline Integrated Circuit 
SPI Serial Peripheral Interface 
SS Slave Select 
SRAM Static Random Access Memory 
TCP Transmission Control Protocol 
TTL Transistor-Transistor Logic 
TWI Two Wire Interface 
TX Transmissão de Dados 
µs Microssegundos 
UDP User Datagram Protocol 
ULA Unidade Lógica Aritmética 
URL Uniform Resource Locator 
USB Universal Serial Bus 
 
 
 
V Volt 
VAC Volts in Alternated Current 
VDC Volts in Directed Current 
VA Volt-Ampére 
VAr Volt-Ampére Reativo 
W Watts 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO 17 
1.1 TEMA 19 
1.1.1 Delimitação do Tema 19 
1.2 OBJETIVOS 20 
1.2.1 Objetivo Geral 20 
1.2.2 Objetivos Específicos 20 
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO 20 
2 REFERENCIAL TEÓRICO 22 
2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA 22 
2.2 GERAÇÃO ENERGÉTICA NO BRASIL E ESTRUTURA TARIFÁRIA 29 
2.3 MEDIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA 32 
2.3.1 Medidores Eletromecânicos 32 
2.3.2 Medidores Eletrônicos 33 
2.4 ENERGIA E POTÊNCIA 33 
2.4.1 Potência Ativa 34 
2.4.2 Potência Reativa 35 
2.4.3 Potência Aparente 35 
2.4.4 Fator de Potência 36 
2.5 SISTEMAS EMBARCADOS 37 
2.5.1 O Arduino 38 
2.5.2 IDE do Arduino 41 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 43 
3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA 43 
3.2 DESCRIÇÃO DO SISTEMA PROPOSTO 43 
3.3 SENSOR ACS712 44 
3.4 SENSOR ZMPT101B 45 
3.5 ETHERNET SHIELD 46 
3.6 DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO 47 
3.7 MÓDULO I2C 48 
3.8 CALIBRAÇÃO DOS SENSORES 49 
3.8.1 Calibração do ZMPT101B 49 
3.8.2 Calibração do ACS712 51 
 
 
 
3.9 MONTAGEM DO PROTÓTIPO 52 
3.10 CALIBRAÇÃO DO SISTEMA DESENVOLVIDO 55 
3.11 PROGRAMAÇÃO DO SISTEMA DE INTERAÇÃO COM O USUÁRIO 56 
3.12 CONFECÇÃO DO APLICATIVO DE CELULAR 57 
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS 58 
4.1 O PROJETO FÍSICO 58 
4.2 TESTES 58 
4.2.1 Teste com Lâmpadas Incandescentes 59 
4.2.2 Teste com Aspirador 60 
4.2.3 Teste com Aspirador + Projetor 61 
4.3 CALIBRAÇÃO E VERIFICAÇÃO DO ERRO DO EQUIPAMENTO 62 
4.4 O PROJETO LÓGICO 65 
4.6 CUSTOS 67 
4.7 DIFICULDADES ENCONTRADAS 67 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 68 
5.1 TRABALHOS FUTUROS 69 
REFERÊNCIAS 70 
ANEXO 1 76 
APÊNDICE A - PESQUISA REALIZADA 78 
APÊNDICE B - CÓDIGO DE CALIBRAÇÃO DO ACS712 80 
APÊNDICE C - TABELA DE VALORES OBTIDOS DA CALIBRAÇÃO DO 
ZMPT101B 81 
APÊNDICE D - CÓDIGO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO E COMUNICAÇÃO 82 
APÊNDICE E - INTERFACE APLICATIVO DE CELULAR 87 
APÊNDICE F - PROGRAMAÇÃO DO APLICATIVO DE CELULAR 88 
APÊNDICE G - INTERFACE WEB (TELA DE LOGIN) 89 
APÊNDICE H - INTERFACE WEB (MENU PRINCIPAL) 90 
APÊNDICE I - LOGO DO PROJETO 91 
APÊNDICE J - FOTOS COMPARATIVAS ENTRE O SISTEMA E O INSTRUMENTO 
DE REFERÊNCIA 92 
 
 
17 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
A partir da Segunda Revolução Industrial1 (século XIX) a eletricidade se tornou 
a principal fonte de luz, calor e força utilizada no mundo moderno. A energia elétrica 
está para a segunda revolução industrial assim como a máquina a vapor esteve para 
a primeira, e com a luz elétrica as taxas de lucratividade foram elevadas, permitindo o 
acelerado crescimento industrial. Atividades simples como assistir à televisão ou 
navegar na internet são possíveis porque a energia elétrica chega até a nossas 
residências. Grande parte dos avanços tecnológicos que alcançamos se deve à 
energia elétrica. 
Um dos principais indicadores de desenvolvimento econômico e de nível de 
qualidade de vida de uma sociedade é o consumo de energia. Isso se dá, pois ele 
reproduz o ritmo de desenvolvimento de atividades dos setores industrial, comercial e 
de serviços, além de reproduzir também a capacidade da população para adquirir 
novos bens e serviços tecnologicamente mais avançados. Automóveis (que 
demandam combustíveis), eletrodomésticos e eletroeletrônicos (que exigem acesso à 
rede elétrica e pressionam o consumo de energia elétrica) são exemplos desses bens 
(Atlas da Energia Elétrica do Brasil, 2008). 
A maioria das formas de geração de energia elétrica utiliza a energia mecânica. 
Nesse caso, o primeiro passo para produzir energia elétrica é obter a força necessária 
para girar as turbinas dos geradores que transformam a energia mecânica 
(movimento) em energia elétrica. Essa força pode ser obtida de diversas fontes de 
energia primária. Como principais exemplos temos a força das águas e dos ventos 
entre as fontes de energia da geração de eletricidade. 
 Em países como o Brasil, que possui muitos rios com grandes desníveis, uma 
das soluções mais viáveis para fazer girar as turbinas é o aproveitamento da força das 
águas, pela construção de usinas hidrelétricas que apesar de fornecerem uma 
quantidade de energia elétrica expressiva ao país, apresentam grandes desvantagens 
relacionadas aos danos gerados ao local em que são instaladas, como também ao 
seu elevado custo de manutenção. 
 
1 Período histórico datado da segunda metade do século XIX até o fim da segunda grande guerra (1939-
1945) que acarretou diversos desenvolvimentos dentro da indústria química, elétrica, de petróleo e de 
aço. Além do desenvolvimento dos meios de transporte e de comunicação. É conhecida como um 
aprimoramento e aperfeiçoamento das tecnologias da Primeira Revolução Industrial ocorrida no século 
XVIII (BURNS, História da Civilização Ocidental, 2ª edição, 1982). 
18 
 
 
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), até 2008, cerca de 
76,3% da produção energética do país era provido por hidrelétricas. Isso corresponde 
a 77.152.234 kW de energia elétrica produzida. Os dados trazidos podem ser melhor 
visualizados na tabela abaixo. 
 
Tabela 1: Empreendimentos em Operação 
 
Fonte: ANEEL, 2008 
 
O Estado do Rio Grande do Norte está localizado na extremidade nordeste do 
território nacional. Devido à, praticamente, inexistência de rios perenes no estado, não 
há quase aproveitamentos hidrelétricos em seu território. Desta feita, a infraestrutura 
básica energética do Estado do Rio Grande do Norte é, principalmente, atendida pela 
energia gerada pela Companhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF). A produção 
de energia elétrica no Rio Grande do Norte se dá, principalmente, das energias: 
eólicas, solares e termelétricas. A distribuição dessa energia gerada é administrada 
pela Companhia Energéticado Rio Grande do Norte (COSERN). 
A preocupação cada vez maior com os recursos ambientais e com os recentes 
aumentos na tarifa da energia elétrica, obriga o consumidor a se preocupar cada vez 
mais com seus gastos de energia, isso para ao final do mês não se surpreender com 
valor da conta, devido a valores muito elevados (ALVAREZ, 1998). No mês de 
fevereiro de 2017, o site do G1 publicou uma notícia sobre aumento no valor médio 
das tarifas residenciais em 33,3%, determinado pela ANEEL, devido a recentes 
mudanças no sistema de produção e distribuição de energia. Além disso, o consumo 
residencial tem crescido gradativamente. Segundo dados do Ministério de Minas e 
Energias, o consumo energético das residências nos últimos 11 anos cresceu quase 
50% (EPE, 2015). 
19 
 
 
Em relação ao consumo de energia, estudos comprovam que a maioria das 
pessoas não possuem plena consciência sobre o montante de energia que estão 
utilizando (DARBY, 2006). Desta forma, torna-se difícil saber quais mudanças de 
atitude poderiam resultar em práticas mais eficientes, capazes de diminuir o consumo 
de energia. A consciência ligada ao consumo é uma problemática bastante pertinente, 
pois um consumidor consciente sabe que ele é um agente transformador da sociedade 
por meio do seu ato de consumo, ou seja, busca o equilíbrio entre a satisfação pessoal 
e a sustentabilidade (Ministério do Meio Ambiente, 2014). Devido a isso, durante o 
mês de outubro de 2017, foi realizada uma pesquisa, via redes sociais, com grupos 
de pessoas de distintas idades (Apêndice A). O tema da pesquisa foi o consumo 
consciente de energia elétrica em instalações residenciais, e teve como objetivo obter 
dados quantitativos que justifiquem a necessidade deste projeto. 
Assim, sistemas de monitoramento onde é possível acompanhar a evolução do 
consumo se tornam uma ferramenta que propicia a prática do uso racional da energia 
elétrica. Portanto, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema eficiente, 
capaz de fornecer informações que permitam aos consumidores observar como 
mudanças de hábitos podem alterar de forma rápida suas despesas com energia 
elétrica. 
1.1 TEMA 
Criação de um protótipo de medição de consumo e análise de energia elétrica 
para o consumidor residencial. A partir de dados coletados de corrente e tensão, o 
sistema deve calcular o consumo de energia e os principais parâmetros elétricos. 
1.1.1 Delimitação do Tema 
 Pensando em um maior poder de controle dos usuários com seus gastos 
energéticos, esse projeto foi desenvolvido a fim de que as pessoas mais preocupadas 
com seus gastos, seja por motivos econômicos ou ambientais, possam, em tempo 
real, saber o consumo de energia elétrica de sua residência e estipular uma meta de 
consumo diário. 
20 
 
 
1.2 OBJETIVOS 
1.2.1 Objetivo Geral 
● Desenvolver um sistema capaz de monitorar instantaneamente a tensão e a 
corrente para a partir delas obter os seguintes parâmetros elétricos: potência 
ativa, potência reativa, potência aparente, fator de potência e o consumo 
instantâneo e cumulativo de energia elétrica. Os resultados são apresentados 
em um display de cristal líquido para visualização local e por meio de uma 
interface web para visualização remota. 
1.2.2 Objetivos Específicos 
● Monitorar os principais parâmetros elétricos; 
● Informar ao usuário, em tempo real, os eventos elétricos que ocorrem em sua 
moradia; 
● Desenvolver uma interface WEB para maior conforto do usuário; 
● Desenvolver um sistema para medição dos parâmetros elétricos desejados; 
● Disponibilizar a visualização dos parâmetros elétricos no display de cristal 
líquido; 
● Contribuir na prevenção e redução do desperdício de energia elétrica 
residencial. 
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO 
 Esse trabalho está dividido em 5 capítulos. No primeiro capítulo foi apresentada 
uma introdução acerca do consumo e produção de energia elétrica no Brasil bem 
como os objetivos da pesquisa em questão. 
 No segundo capítulo serão abordados temas que ajudarão na compreensão do 
projeto e conceitos fundamentais (embasamento teórico) que complementarão o 
aprendizado. Inicialmente faz-se uma contextualização acerca da eletricidade, e a 
posteriori foca-se na matriz energética do Brasil. Dando continuidade, serão expostos 
conceitos importantes sobre sistemas de medição eletrônicos e eletromecânicos e 
potência. Também será realizada uma explanação geral sobre a plataforma de 
prototipagem eletrônica: Arduino. 
21 
 
 
 No terceiro capítulo, serão apresentadas as ferramentas escolhidas para 
desenvolver o sistema de monitoramento residencial e a metodologia de 
desenvolvimento do trabalho. 
 No quarto capítulo os resultados do projeto proposto já implementado e com 
seu respectivo protótipo, juntamente o sistema serão apresentados e analisados. 
 Por fim, no último capítulo, serão apresentadas as conclusões do trabalho, 
juntamente com algumas sugestões para trabalhos futuros. 
 
 
 
 
22 
 
 
2 REFERENCIAL TEÓRICO 
2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA 
Na Antiguidade clássica, ainda com os pré-socráticos, os princípios básicos de 
eletrificação tornaram-se conhecidos. No ano 600 a.C., a partir de estudos realizados 
pelo filósofo Tales de Mileto2, tornou-se de conhecimento que ao esfregar uma peça 
de âmbar com um pedaço de lã ou pele, permitia ao âmbar a propriedade de atrair 
pequenos pedaços de palha (Figura 1). Tales desconhecia que naquele momento, 
realizou uma das primeiras experiências elétricas (no caso, a eletrização por atrito - 
Figura 2). Nomeadas por Tales, essas características são conhecidas e estudadas 
ainda hoje como “Eletrização” (OKA, 2000). 
 
 
Figura 1: Exemplificação do experimento de Tales de Mileto 
Fonte: Blog de Tecnología de Pedro Landín. Sagrado Corazón de Placeres3 
 
 
Figura 2: Exemplificação de um processo de eletrização por atrito 
Fonte: Mundo Educação4 
 
Posteriormente, antes do século XI árabes e chineses utilizavam as 
propriedades magnéticas de um ferro mineral, a magnetita (Figura 3), para se 
 
2 Tales de Mileto (624 a.C.-558 a.C.): Foi um filósofo, matemático e astrônomo grego. Foi considerado 
um dos mais importantes representantes da primeira fase da filosofia grega, chamada de Pré-Socrática 
ou Cosmológica (PRÉ-SOCRÁTICOS, 1985). 
 
3 Disponível em: http://pelandintecno.blogspot.com.br/2013/04/empleo-de-la-electricidad-en-las. 
html. Acesso em outubro de 2017 
 
4 Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/processos-eletrizacao.htm. Acesso em 
outubro de 2017 
23 
 
 
orientarem nas viagens marítimas. Dessa forma, dava-se início a uma tecnologia que 
mudou o rumo da história a partir desse século: a bússola (Figura 4). Pois, quando os 
muçulmanos levaram essa tecnologia oriental para o mundo ocidental, possibilitou-se, 
juntamente com outros florescimentos tecnológicos marítimos, o início do período 
chamado de grandes navegações (BURNS, História da Civilização Ocidental, 1974). 
 
Figura 3: Fragmento de magnetita 
Fonte: EcuRed5 
 
 
Figura 4: Bússola chinesa 
Fonte: Geografia e Luta6 
 
A partir da bússola e dos estudos posteriores realizados por Pierre de 
Maricourt7, em 1269, o ser humano tomou conhecimento das propriedades dos ímãs. 
A partir dos estudos ainda sobre a magnetita, ele constatou que as linhas de força 
convergem dos pólos da magnetita (Figura 5). E isso levou, em 1600, o médico da 
rainha Elizabeth I, William Gilbert8, fazer a distinção entre propriedades elétricas e 
 
5 Disponível em: https://www.ecured.cu/Magnetita. Acesso em outubro de 2017 
 
6 Disponível em: http://geografiamazucheli.blogspot.com.br/2013/05/historia-da-bussola.html. Acesso 
em Outubro de 2017 
 
7 Pierre Perelin de Maricourt (1220 - 1270): foi um engenheiro francês, encarregado da fortificação 
dos campos militares e da construção demaquinaria de arremesso (BATTAGLIN; BARRETO, 2012). 
 
8 William Gilbert (1544-1603): Foi um físico, pesquisador e médico inglês. Tornou-se importante por 
seus trabalhos sobre magnetismo e eletricidade (MARQUES, 2007). 
24 
 
 
magnéticas. Dessa forma, foi possível publicar a sua obra “Sobre os Ímãs e Corpos 
Magnéticos e sobre o Grande Ímã, a Terra” na qual relata estas propriedades e sugere 
que a própria Terra se comporta como um gigantesco ímã (Figura 6). Foi a primeira 
vez que as palavras eletricidade e eletrização foram utilizadas (OKA, 2000; ASSIS, 
2010). 
 
 
Figura 5: Campo magnético do ímã 
Fonte: Em busca da Aurora boreal9 
 
 
Figura 6: Eixos de rotação e do dipolo magnético da Terra. 
Fonte: Objetos Educacionais10 
 
 
 
9 Disponível em: http://abuscadaauroraboreal.blogspot.com.br/2014/12/introducao.html. Acesso em 
outubro de 2017. 
 
10 Disponível em: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/15755/05_teoria_ 
frame.htm. Acesso em outubro de 2017. 
 
25 
 
 
Em 1729, Stephen Gray11 observou que alguns materiais permitem o “fluxo livre 
do fluido”, em contrapartida outros não apresentavam a mesma característica. Essa 
constatação possibilitou os primeiros estudos sobre as propriedades isolantes e 
condutoras presentes na matéria. É importante afirmar que hoje esse é um 
pensamento considerado primitivo e que possui falhas evidentes. Ainda assim, não 
podemos deixar de reconhecê-lo como aquele que deu a base para o conhecimento 
atual (OKA, 2000). Atualmente, os estudos acerca das características condutoras e 
isolantes dos materiais são importantes para várias características de materiais 
utilizados na eletrônica, como pode ser observado na Figura 7 onde é apresentada as 
bandas de energia de condutores e isolantes, como no estudo dos materiais 
semicondutores. 
 
Figura 7: Banda de energia de um material isolante (à esquerda), de um condutor (ao centro) e de um 
semicondutor (à direita) 
Fonte: SEDRA, 2004 
 
Em 1799, Alessandro Volta12, a partir dos estudos acerca das reações químicas 
existentes quando dois metais diferentes ficam em contato com soluções salinas e 
também baseado nos estudos sobre as famosas experiências de Luigi Galvani13 com 
rãs em 1780 (Figura 8), constatou que devido a esta reação surge uma corrente 
elétrica. Isso possibilitou Volta a construir a primeira pilha utilizando discos de cobre e 
zinco, separados por papel encharcado com uma solução salina (Figura 9). 
 
11 Stephen Gray (1666‑ 1736): Foi cientista inglês que dedicou sua vida à Astronomia e à Física, 
especificamente na área da Eletricidade, e realizou uma série de experimentos que levaram a 
conclusões inéditas para a época (BOSS; CALUZI, 2010). 
 
12 Alessandro Volta (1745-1827): Foi um físico italiano. O inventor da pilha voltaica. Recebeu de 
Napoleão Bonaparte o título de conde. Em 1893 o Congresso dos Eletricistas deu o nome de Volt à 
unidade de força eletromotriz (DE ANDRADE MARTINS, 1999). 
 
13 Luigi Galvani (1737-1798): Foi médico e pesquisador italiano. Descobriu o princípio da pilha e a 
eletricidade que ela produz. Foi professor de Anatomia na Universidade de Bolonha, Itália (BROWN, 
2007). 
 
26 
 
 
 
Figura 8: Exemplificação do experimento com rãs realizado por Luigi Galvani 
Fonte:EletroFísica14 
 
 
Figura 9: A pilha de Volta 
Fonte: Blogue do CFQ15 
Os primeiros estudos sobre eletricidade foram feitos concomitantemente às 
pesquisas realizadas sobre magnetismo. Faraday16, em 1831, realizou experimentos 
 
14 Disponível em: http://fisicaeletro.blogspot.com.br/2011/07/luigi-galvani-e-eletricidade.html. Acesso 
em outubro de 2017. 
 
15 Disponível em: http://cfqbrunamagalhaes.blogspot.com.br/2015/05/pilha-de-volta.html. Acesso em 
outubro de 2017. 
 
16 Michael Faraday (1791 - 1867): Destacou-se na história da ciência como um físico e um químico. É 
considerado um dos cientistas mais influentes de todos os tempos (HART, 2002). 
 
27 
 
 
que demonstraram o fenômeno da indução eletromagnética, juntamente com Lenz17, 
que consiste na indução de uma corrente elétrica, em um circuito fechado, através da 
variação de um campo magnético, como consta na Figura 10 (BOYLESTAD, 
PRENTICE HALL, INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE CIRCUITOS – 10th ed, 2004). 
 
Figura 10: Exemplificação da Lei de faraday-Lenz 
Fonte: Educação.física18 
 
Diversos foram os estudos sobre as propriedades elétricas e magnéticas. Além 
dos citados temos outros pesquisadores como Charles Augustin Coulomb19, André 
Marie Ampère20, George Simon Ohm21, entre vários outros que deixaram seus nomes 
marcados na história com suas descobertas que nos possibilitou termos as 
tecnologias do mundo contemporâneo. 
A partir dos seus estudos, James Clerk Maxwell22, em 1864, desenvolveu as 
equações matemáticas fundamentais do eletromagnetismo. Possibilitando assim, em 
1873, publicar o primeiro trabalho que contemplava magnetismo e eletricidade, o 
 
17 Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804 - 1865): Especialista em magnetismo, que determinou a lei do 
sentido das correntes induzidas, a lei de Lenz (1833) (TOOKER, 2007). 
 
18 Disponível em: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/inducao.html. Acesso 
em outubro de 2017. 
 
19 Charles Augustin de Coulomb (1736-1806): Foi um físico francês. Formulou a "Lei de Coulomb", 
que descreve a interação eletrostática entre dois corpos eletricamente carregados (DOS SANTOS, 
2014). 
 
20 André-Marie Ampère (1775-1836): Foi um importante físico, cientista e matemático francês. Em sua 
homenagem, a unidade de intensidade da corrente elétrica recebeu seu nome - o ampere (HOFMANN, 
1996). 
 
21 Georg Simon Ohm (1787-1854): Foi um físico e matemático alemão que definiu o novo conceito de 
resistência elétrica. Sua formulação matemática é conhecida como "Lei de Ohm" (BARBOSA, 2011). 
 
22 James Clerk Maxwell (1831-1879): Foi um físico e matemático escocês. Estabeleceu a relação 
entre eletricidade, magnetismo e luz. Suas equações foram a chave para a construção do primeiro 
transmissor e receptor de rádio, para compreensão do radar e das micro-ondas (TINER, 2004). 
 
28 
 
 
“Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo” (Figura 11), hoje considerado o precursor 
dos estudos acerca do eletromagnetismo (POLKINGHORNE, 2011). 
 
Figura 11: Capa do Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo de Maxwell 
Fonte: Wikisource23 
 
Os estudos de Maxwell proporcionaram, por exemplo, a invenção de 
instrumentos de medição capazes de mensurar as diversas grandezas elétricas, 
assim como serviram de apoio para que outros estudiosos pudessem desenvolver 
pesquisas nesse âmbito. Um deles, Edwin Herbert Hall24 concluiu que: “[...] quando 
uma corrente elétrica é injetada num material condutor imerso em um campo 
magnético perpendicular à corrente elétrica, uma tensão elétrica é gerada na direção 
 
23 Disponível em: https://en.wikisource.org/wiki/Index:A_Treatise_on_Electricity_and_Magnetism_-_ 
Volume_1.djvu. Acesso em Outubro de 2017. 
 
24 Edwin Herbert Hall (1855-1938): Foi um físico e inventor norte americano que, em 1879, durante a 
realização da sua tese de doutorado, descobriu o efeito Hall. 
 
29 
 
 
perpendicular à corrente e ao campo magnético aplicado”, o que ele chamou de “Efeito 
Hall” (Figura 12). 
 
Figura 12: Exemplificação do Efeito Hall 
Fonte: Transdutores de Corrente por Efeito Hall25 
 
Maxwell, Hall e tantos outros foram vitais para o avanço dos estudos sobre 
eletromagnetismo e abriram caminho para que as tecnologias de medição elétrica 
atuais fossem possíveis. 
2.2 GERAÇÃO ENERGÉTICA NO BRASIL E ESTRUTURA TARIFÁRIA 
A matriz energética26 do Brasil é composta por diversas fontes de energia, as 
quais podem ser observadas nográfico presente na Figura 13. Diferentemente das 
matrizes dos países desenvolvidos, a matriz brasileira não apresenta grandes 
semelhanças ao padrão mundial de geração energética. Nos dados retirados do 
Balanço Energético Nacional Brasileiro de 2017 é possível observar divergências 
entre a distribuição energética brasileira e o fornecimento mundial. Esse desvio se 
apresenta principalmente na oferta de energia hidráulica, que constitui a maior parcela 
da matriz energética nacional. 
 
25 Disponível em: http://www.eletrica.ufpr.br/edu/Sensores/2000/neis/index.html. Acesso em outubro de 
2017. 
 
26 Matriz energética: Corresponde a representação de todas as ofertas de energia que constituem o 
completo fornecimento de energia de uma local ou região, geralmente apresentando estes valores em 
porcentagem. 
30 
 
 
 
 
Figura 13: Distribuição da Matriz Energética Brasileira 
Fonte: BEN - Balanço energético nacional, 2017 
 
A energia elétrica pode ser obtida a partir de diversas fontes, entre as mais 
comuns pode-se citar a energia advinda, respectivamente, das usinas hidrelétricas, 
eólicas, nucleares e solares. Grande parte da geração de energia elétrica é baseada 
no conceito de força eletromotriz27, a partir deste princípio os geradores, obedecendo 
a lei de conservação de energia, podem transformar a energia mecânica em elétrica. 
A diferença existente entre as formas de geração de energia (hidráulica, eólica, dentre 
outras) é a fonte da energia primária utilizada nos geradores. 
O fato do Brasil também possuir fontes energéticas decorrentes de 
transformações térmicas, entra de encontro com o contínuo processo de 
industrialização ao qual o país está inserido. Países imersos nesse processo 
geralmente acabam experimentando um aumento populacional e por consequência o 
aumento do consumo da energia elétrica (HINRICHS; KLEINBACH, 2003). 
A geração advinda de fontes térmicas é utilizada em sua grande maioria nos 
momentos de crise energética, os quais requerem meios alternativos de geração, 
estes são geralmente de rápida geração de energia elétrica. É possível observar 
diversos momentos de crise que abalaram o sistema energético brasileiro. Na crise 
energética de 2015 houve uma redução nos investimentos na transmissão, 
 
27 Força Eletromotriz: Configurada como a propriedade que qualquer dispositivo, especialmente 
geradores, têm de produzir corrente elétrica. 
31 
 
 
distribuição e conservação da energia elétrica (no momento em que o custo crescia, 
incentivando o uso perdulário e criando um buraco enorme nas distribuidoras, que 
tiveram que ser socorridas com dinheiro do Tesouro Nacional) aliada a uma 
dependência quase total (mais de 90%) com relação às usinas hidrelétricas, que 
juntamente com as transformações ambientais, incluindo os baixos índices 
pluviométricos (causando impactos negativos na matriz energética) e também um 
aumento da demanda em razão do desenvolvimento de vários setores da economia, 
acarretando nessa crise e suas consequências são sentidas até os dias de hoje (A 
crise energética brasileira, 2015). 
Como já explanado, a geração de energia do país se debruça principalmente 
nas usinas hidrelétricas, devido a abundante presença de rios e desníveis no Brasil. 
Essas características facilitam a implementação de hidrelétricas, que se demonstra 
uma energia limpa e renovável, porém ao mesmo tempo muito suscetível às 
intempéries temporais. 
Além das fontes de energia no país, que constituem o setor de geração de 
energia, o sistema energético nacional conta com empresas divididas em outras três 
categorias: Empresas responsáveis pela transmissão, distribuição e comercialização 
da energia elétrica. As empresas de geração e comercialização de energia tem 
mercado regulado pela livre concorrência, devido ao crescente número de 
microgeradores de energia se instalando no país. Estas atividades são 
regulamentadas e fiscalizadas pela ANEEL, órgão vinculado ao Ministério de Minas e 
Energia, instituída pela Lei nº. 9.427 de 26.11.97 e constituída pelo Decreto nº. 2.335 
de 03.10.97, que tem por finalidade a medição, a regulação, o controle tarifário, e a 
fiscalização das atividades do Setor Elétrico. 
Segundo a ANEEL, estrutura tarifária é: 
“conjunto de tarifas e regras aplicadas ao 
faturamento do mercado de distribuição de energia 
elétrica. Estes refletem a diferenciação relativa dos 
custos regulatórios da distribuidora entre os 
subgrupos, classes e subclasses tarifárias, de acordo 
com as modalidades e postos tarifários” (ANEEL, 
2015b, pg.3). 
 
32 
 
 
 A divisão dessa estrutura é feita em dois grupos distintos. Os consumidores do 
Grupo A, alta tensão, consiste nos consumidores alimentados em tensões maiores a 
2,3KV. Os consumidores do outro grupo (B) consomem tensões menores a 2,3KV. Os 
dois grupos possuem subdivisões de acordo com a sua tensão e tipo de instalação 
elétrica. Para cada um dos grupos apresentados existem diferentes tarifas, a tarifa 
principal abordada no presente trabalho é a destinada ao subgrupo B1, que consiste 
nos consumidores residenciais (COSTA et al., 2016). 
2.3 MEDIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA 
Acerca dos instrumentos de medição, os Invasivos e os Não-Invasivos são os 
dois grandes grupos que os dividem. O grupo invasivo consiste em sensores que 
necessitam estar inseridos no circuito para realizar a medição. Os não-invasivos não 
necessitam, podendo realizar sua função mesmo externos ao que se deseja medir, 
isso é possível pois esses dispositivos inferem o parâmetro desejado a partir da 
aferição do campo magnético gerado. 
Os medidores foram desenvolvidos em 1888 por Oliver Blackburn 
Shallenberger28 baseado num medidor de ampère-hora para corrente alternada, 
passando posteriormente a ser adotado como padrão pela indústria. 
Os medidores são dispositivos de capazes de efetuar leituras de grandezas 
como corrente elétrica e tensão elétrica, quantificando-as adequadamente. Esses 
componentes podem ser eletromecânicos ou eletrônicos. Eletromecânicos, que 
funcionam pelo princípio da indução eletromagnética, e eletrônicos, que fazem uso de 
circuitos integrados (PAULA, 2013; NETO et al., 2011). 
2.3.1 Medidores Eletromecânicos 
 Os medidores eletromecânicos possuem uma grande popularidade por serem 
os primeiros medidores de energia elétrica desenvolvidos, e pelo seu baixo custo de 
aquisição, o que resulta em uma preferência desses medidores no setor elétrico 
brasileiro até aos dias de hoje. Ainda são os mais utilizados no Brasil possuindo média 
de produção anual na ordem de três milhões de unidades destinadas tanto a novos 
 
28 Oliver Blackburn Shallenberger (1860-1898): foi um engenheiro e inventor americano. Em abril 
de 1888, ele inventou um medidor de indução para medir a corrente alternada (amperes-horas). 
33 
 
 
consumidores e a reposição de antigos medidores quanto a exportação, segundo 
Mínguez (2007). 
2.3.2 Medidores Eletrônicos 
 Inicialmente, os primeiros medidores eletrônicos comerciais surgiram nas 
décadas de 1970/1980 e faziam uso de circuitos discretos. Posteriormente, 
desenvolveram-se os medidores com DSPs (Digital Signal Processor) e atualmente 
os com circuitos integrados dedicados. 
O medidor de potência do tipo eletrônico é composto, basicamente, pelos 
transdutores de tensão e de corrente que fazem a aquisição e adequação dos sinais 
de entrada a serem multiplicados. O multiplicador determina a potência instantânea 
por meio da multiplicação dos sinais de tensão e de corrente vindos dos transdutores. 
A energia é obtida pela integração da potência instantânea realizada em um 
integrador. Por fim, o resultado é mostrado em um registrador. Dessa forma, 
conseguindo também tratar de outras grandezas que surgem a partir da associação 
de ambas,tais como potência, energia, demanda etc (BELCHIOR, 2014). 
Ao contrário dos medidores eletromecânicos monofásicos que medem apenas 
o consumo de potência ativa, os medidores eletrônicos podem realizar várias tarefas 
simultaneamente em um mesmo equipamento. Os medidores eletrônicos além da 
potência ativa podem medir potência reativa, potência aparente, demanda máxima, 
fator de potência, tensão e corrente. 
2.4 ENERGIA E POTÊNCIA 
Energia, em um sistema, pode ser considerada seu potencial de trabalho. E a 
energia elétrica é umas das formas de energia dentro de um sistema. 
Matematicamente falando, ela consiste no produto de uma diferença de potencial 
(volts), por uma corrente elétrica (ampères) e pelo tempo de fornecimento (segundos). 
Quando um material condutor é atravessado por uma corrente elétrica, esta 
acaba produzindo trabalho em forma de luz, calor ou movimento. Em sistemas 
elétricos, quando temos um dispositivo com dois terminais, este produz uma potência 
instantânea, que é representado pelo produto da diferença de potencial entre os 
terminais e a corrente que flui no dispositivo. Ou seja, potência é uma grandeza que 
mede quanto trabalho (conversão de energia de uma forma em outra) pode ser 
34 
 
 
utilizado em determinado período de tempo, ou seja, é a velocidade com que um 
trabalho é executado (BOYLESTAD, 2004). 
Em sistemas de corrente contínua (CC), nós temos corrente e tensão invariável 
no tempo, neste caso a potência será constante e igual ao produto da corrente pela 
tensão, conforme a seguinte equação (NIELSON, 2003). 
𝑷 = 𝑽. 𝑰 
Onde: 
● 𝑷 é a potência dada em Watts29; 
● 𝑽 é a tensão dada em Volts; 
● 𝑰 é a corrente elétrica dada em Amperes. 
 
Já em sistemas onde a corrente e a tensão variam no tempo, a potência média 
é determinada através da relação entre o trabalho e o tempo gasto para executar tal 
trabalho (VIANA et al., 2012). 
Em sistemas de corrente alternada (CA), onde há a possibilidade de termos 
cargas indutivas e/ou capacitivas, os valores de tensão e corrente acabam sofrendo 
uma defasagem. Este fator nos faz considerar três tipos de potência: potência ativa 
(Pa), potência reativa (Q) e potência aparente (S). 
2.4.1 Potência Ativa 
Trata-se da potência que é utilizada nos sistemas elétricos para geração de 
trabalho. Nos casos de potência alternada senoidal, os valores de potência elétrica de 
um dispositivo com dois terminais podem ser obtidos através do produto dos valores 
eficazes da diferença de potencial entre os dois terminais, e da corrente que flui 
através do dispositivo com o cosseno do ângulo de defasagem entre a tensão e a 
corrente (fator de potência). Vale ainda ressaltar: 
Potência ativa é aquela correspondente ao produto da corrente com a parcela 
da tensão que está em fase com ela [...] “Em um circuito, a potência ativa total 
fornecida pelo gerador é a soma das potências ativas dissipadas pelas componentes 
 
29 Homenagem ao engenheiro escocês James Watt. James Watt (1736-1819) foi um engenheiro 
mecânico e matemático escocês. Aperfeiçoou a máquina a vapor inaugurando “a era do vapor na 
Revolução Industrial na Inglaterra”. Seu nome foi dado à unidade de potência de energia – “o watt” 
HART, 2002). 
35 
 
 
resistivas do circuito” [...]. (MARKUS, 2011). A quantização da potência ativa pode ser 
obtida a partir da equação abaixo: 
𝑃𝑎 = 𝑈. 𝐼. cos(𝜃𝑣 − 𝜃𝑖) 
 
Onde: 
● 𝑃𝑎 é a potência ativa dada em Watts; 
● 𝑈 é a tensão dada em Volts; 
● 𝐼 é a corrente elétrica dada em Ampères; 
● 𝜃𝑣 é o ângulo de fase da tensão; 
● 𝜃𝑖 é o ângulo de fase da corrente elétrica. 
(NIELSON, 2003). 
2.4.2 Potência Reativa 
A potência reativa é a potência que não é utilizada nos sistemas elétricos para 
produção de trabalho, ela é medida em Volt-Ampère reativo (VAr). Quando uma 
instalação possui apenas potência reativa, o valor da potência ativa é nulo, pois não 
é produzido trabalho nenhum. A potência reativa pode ser armazenada no campo 
magnético de um indutor, como ocorre nos motores e cargas indutivas ou armazenada 
também no campo elétrico de um capacitor (PAULA, 2013). A quantização da potência 
reativa pode ser obtida a partir da equação abaixo: 
𝑄 = 𝑈. 𝐼. 𝑠𝑒𝑛 (𝜃𝑣 − 𝜃𝑖) 
 
Onde: 
● 𝑄 é a potência reativa, dada em VAr; 
● 𝑈 é a tensão dada em Volts; 
● 𝐼 é a corrente elétrica dada em Amperes; 
● 𝜃𝑣 é o ângulo de fase da tensão; 
● 𝜃𝑖 é o ângulo de fase da corrente elétrica. 
(PAULA, 2013). 
2.4.3 Potência Aparente 
A potência aparente ou teórica é a raiz quadrada da soma dos quadrados das 
potências ativas e reativas - ou seja, é a potência total entregue pelo gerador à 
36 
 
 
instalação - e é dada em Volt-Ampère (VA) (TECNOGERA, 2014). Sua obtenção é 
feita através do produto do valor da tensão eficaz pelo valor do conjugado da corrente 
eficaz. 
A quantização da potência aparente pode ser obtida a partir da equação abaixo: 
|𝑆| = √𝑃𝑎
2 + 𝑄2 
Onde: 
● 𝑆 é a potência aparente, dada em VA; 
● 𝑃𝑎 é a potência ativa dada em Watts; 
● 𝑄 é a potência reativa, dada em VAr. 
(TECNOGERA, 2014). 
 
 Na figura abaixo é mostrada a relação entre potência ativa, reativa e aparente, 
sendo representadas por um triângulo de potências. 
 
 
 
Figura 14: Triângulo de potências 
Fonte: Elaborada pelos autores 
2.4.4 Fator de Potência 
O fator de potência (FP) é a medida da eficiência de uma instalação elétrica, 
ou seja, ele nos mostra qual a porcentagem da potência aparente está sendo 
aproveitada em forma de potência ativa e sendo convertida em trabalho. O fator de 
potência (FP) é dado pela razão entre a potência ativa e a potência aparente. Pode 
ser determinado matematicamente na expressão a seguir pelo triângulo de potências. 
(PAULA, 2013). 
𝑭𝑷 =
𝑷𝒂
𝑺
 
 
P
o
tê
n
ci
a 
R
ea
ti
v
a 
(V
A
r)
 
 (
V
A
r(
V
A
r)
 
Potência Ativa (W) 
θ = Ângulo de 
fase entre a tensão e 
a corrente 
 
𝜃 
37 
 
 
 
 Onde: 
● 𝐹𝑃 é o fator de potência; 
● 𝑃𝑎 é a potência ativa dada em Watts; 
● 𝑆 é a potência aparente, dada em VA. 
 
Por definição o fator de potência será um número adimensional entre 0 e 1. 
Quando seu valor for igual a 0, o fluxo de energia será inteiramente reativo e a energia 
será devolvida a fonte em cada novo ciclo. Quando o valor for igual a 1, a energia 
fornecida pela fonte será consumida totalmente pela carga. Um fator de potência 
elevado indica uma alta eficiência no consumo de energia e um fator de potência baixo 
indica baixa eficiência energética (BELCHIOR, 2014). 
Quando estamos falando de circuitos puramente resistivos as senóides que 
representam os valores de tensão e corrente estão em fase, ou seja, mudam sua 
polaridade ao mesmo tempo a cada novo ciclo. Agora quando falamos em circuitos 
com cargas reativas, como capacitores e indutores, que armazenam a energia neles, 
ocorre uma diferença entre as senóides de corrente e tensão, causando assim a 
chamada defasagem. O cosseno do ângulo de fase entre a tensão e a corrente 
(defasagem) também é uma forma de calcular o fator de potência: 
𝐹𝑃 = 𝑐𝑜𝑠 (𝜃𝑣 − 𝜃𝑖) 
Onde: 
● 𝐹𝑃 é o fator de potência; 
● 𝜃𝑣 é o ângulo de fase da tensão; 
● 𝜃𝑖 é o ângulo de fase da corrente elétrica. 
(PAULA, 2013). 
2.5 SISTEMAS EMBARCADOS 
 Graças ao modo intenso pelo qual os circuitos digitais e suas técnicas digitais 
passaram a ser utilizados em quase todas as áreas como a computação, automação, 
robótica, ciências médicas, transportes, telecomunicações e assim por diante, é 
irrefutável dizer que os sistemas digitais se tornaram parte do nosso dia-a-dia. (TOCCI 
et al., 2003). 
38 
 
 
 Para alcançar essa condição atual, os sistemas digitais passaram por uma 
evolução desde as grandes válvulas eletrônicas, passando pelo transistor que causou 
uma revolução na eletrônica, até os circuitos integrados digitais constituídos pordispositivos que podem ter dimensões nanométricas. Assim foi aumentada a 
complexidade dos sistemas e diminuída suas dimensões físicas (PEIXOTO et al., 
[s.d]). 
 Assim, surgiram os dispositivos lógicos programáveis (PLDS) que 
diferentemente dos circuitos lógicos tradicionais que possuem um funcionamento fixo, 
os PLDS, quando fabricados, não possuem essa característica, podendo ser 
programados pelos desenvolvedores de acordo com suas necessidades. Dessa 
forma, podemos conceituar um PLD como um componente eletrônico usado na 
construção de circuitos digitais reconfiguráveis. 
 Advindo da evolução natural dos circuitos digitais devido ao aumento da 
complexidade dos mesmos. Chegou-se um ponto em que é mais simples, mais barato 
e mais compacto, substituir a lógica das portas digitais por um conjunto de 
processador e software. Assim surge o microcontrolador, que é um computador em 
um único chip. Este contém um processador (Unidade Lógica e Aritmética – ULA), 
memória, periféricos de entrada e de saída, temporizadores, dispositivos de 
comunicação serial, dentre outros (PENIDO; TRINDADE, 2013). 
Como é o caso do Arduino, alguns microcontroladores são acoplados a 
plataformas de prototipagem que facilitam a sua utilização. 
2.5.1 O Arduino 
O site oficial da plataforma Arduino o define como sendo uma plataforma de 
prototipagem eletrônica projetada com o objetivo principal de permitir o 
desenvolvimento de controle de sistemas interativos de baixo custo e de uma forma 
acessível a todos. 
O componente principal é o microcontrolador Atmel ATMEGA328 um 
dispositivo de 8 bits da família AVR30 com arquitetura RISC avançada e com 
encapsulamento DIP28. Ele conta com 32 KB de Flash, 2 KB de SRAM e 1 KB de 
EEPROM. Possui um clock de processamento que opera em uma frequência de 
 
30 AVR é um microcontrolador RISC de chip único com uma arquitetura Harvard modificada de 8-bit 
(µC), desenvolvido pela Atmel em 1996. Foi um dos primeiros da família de microcontroladores a utilizar 
uma memória flash com o intuito de armazenar a programação, diferentemente de seus concorrentes 
da época, que utilizavam memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM (ARDUINO, 2015). 
39 
 
 
oscilação a partir de um cristal de 16 MHz, além de pinos de entrada e saídas digitais, 
assim como pinos de entradas e saídas analógicas (ARDUINO, 2015). A linguagem 
de programação é essencialmente C/C++. As placas da linha Arduino são mais 
acessíveis devido a seu baixo custo de produção, são flexíveis e expansíveis, pois 
seguem a filosofia de expansão de periféricos modulares, moldando-se assim ao 
objetivo de sua utilização capazes de estender a capacidade da placa, além de serem 
fáceis de se utilizar se comparadas a microcontroladores mais sofisticados presentes 
no mercado (SIQUEIRA, 2016). 
O Arduino UNO (plataforma utilizada nesta pesquisa) pode ser alimentado 
através da conexão USB, com uma fonte de alimentação externa não regulada 6-20V 
(valores limites - recomendado de 7-12V) ou fonte de alimentação externa regulada 
de 5V. A fonte de energia é automaticamente selecionada para a fonte de tensão mais 
alta. Além disso é programada através da comunicação serial USB, pois o 
microcontrolador vem programado com o bootloader. Desta feita, não há a 
necessidade de um programador de hardware externo para fazer a gravação do 
binário na placa. A comunicação é feita através do protocolo STK500 (ARDUINO, 
2015). 
O UNO possui 14 pinos de entrada/saída digital (dos quais 6 podem ser usados 
como saídas PWM), 6 entradas analógicas, um cristal oscilador de 16MHz, uma 
conexão USB, uma entrada de alimentação uma conexão ICSP e um botão de reset. 
Cada uma das entradas analógicas fornece 10 bits de resolução (ou seja, 1024 valores 
diferentes). Por padrão, eles medem de 0 a 5 volts, embora seja possível alterar a 
extremidade superior de sua faixa usando a função analogReference(). Além disso, 
alguns pinos possuem funcionalidades especializadas: 
● I2C: 4 (SDA) e 5 (SCL). Suporte a comunicação I2C (TWI); 
● AREF. Voltagem de referência para as entradas analógicas. Usado com 
analogReference(). 
Acerca da pinagem digital, no UNO cada um dos 14 pinos digitais pode ser 
usado como entrada ou saída, usando as funções pinMode(), digitalWrite() e 
digitalRead(). Eles operam a 5 volts. Cada pino pode fornecer ou receber um máximo 
de 40 mA e tem um resistor de pull-up interno (desconectado por padrão) de 20-50 
kΩ. Além disso, alguns pinos possuem funções especializadas: 
40 
 
 
● Serial: 0 (RX) e 1 (TX). Usados para receber (RX) e transmitir (TX) dados seriais 
TTL. Estes pinos são conectados aos pinos correspondentes do chip serial 
USB-para-TL ATmega8U2; 
● Interrupções externas: 2 e 3. Estes pinos podem ser configurados para disparar 
uma interrupção em um valor baixo, uma borda ascendente ou descendente ou 
uma mudança de valor. Veja a função attachInterrupt () para obter detalhes; 
● PWM: 3, 5, 6, 9, 10 e 11. Fornecer saída PWM de 8 bits com a função 
analogWrite (); 
● SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Esses pinos suportam a 
comunicação SPI utilizando a biblioteca SPI; 
● LED: Há um LED interno conectado ao pino digital 13. Quando o pino é de valor 
ALTO, o LED está ligado, quando o pino é BAIXO, está desligado. 
As especificações técnicas acerca do Arduino UNO podem ser melhor 
visualizadas na tabela 2, com os dados fornecidos pelo site oficial do Arduino. 
Juntamente com a Figura 15 que mostra esse dispositivo. 
Tabela 2: Especificações Técnicas do Arduino UNO 
 
Fonte: Arduino31 
 
 
31 Disponível em: https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3-with-long-pins. Acesso em outubro de 
2017. 
 
41 
 
 
 
Figura 15: Arduino UNO 
Fonte: Arduino 
 
2.5.2 IDE do Arduino 
O IDE (Integrated Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento 
Integrado) do Arduino (Figura 16) é uma aplicação multiplataforma - ou seja, pode ser 
utilizada em mais de uma plataforma como Windows, Ubuntu, MacOSX. Foi escrita 
com a linguagem de programação interpretada orientada a objetos, Java, na qual é 
derivada dos projetos Processing32 e Wiring33. 
Visando facilitar o desenvolvimento de softwares por pessoas leigas na área, o 
IDE Arduino é construído de maneira a introduzir a programação C/C++. Apresenta 
um editor de código com recursos de realce de sintaxe, parênteses correspondentes 
e indentação automática, sendo capaz de compilar e carregar programas para a placa. 
Isso faz com que seja possível compreender de maneira facilitada o 
funcionamento/construção de um código. 
 
32 Processing é uma linguagem de programação de código aberto e ambiente de desenvolvimento 
integrado (IDE), construído para as artes eletrônicas e comunidades de projetos visuais com o objetivo 
de ensinar noções básicas de programação de computador em um contexto visual e para servir como 
base para cadernos eletrônicos. 
 
33 Wiring é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre composta por uma linguagem 
de programação, um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) e um microcontrolador de placa 
única. 
42 
 
 
 
Figura 16: IDE Arduino 
Fonte: print screen da IDE Arduino 
 
43 
 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
Este trabalho teve início no dia 19 de agosto de 2016 e tem término de 
execução previsto para o dia 30 de novembro de 2017. A pesquisa foi desenvolvida 
no Núcleo de Pesquisa em Eletrônica do Instituto Federal de Educação, Ciência e 
Tecnologia do Rio Grande do Norte. 
3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA 
Os procedimentos metodológicos visando atingir os objetivos colocados neste 
estudo adotaram uma pesquisa de natureza aplicada com procedimentos 
experimentais. Aplicada pois apresenta como característica principal a aplicação dos 
conhecimentos, a utilização e consequências práticasdestes. Iniciou-se com o 
desenvolvimento das atividades de estudos e de planejamento das ações para 
realização do projeto. 
Além disso, foi realizada uma pesquisa acerca da conscientização das pessoas 
perante o consumo de energia elétrica para assim demonstrar, de forma quantitativa, 
a necessidade de implementação deste projeto. 
 Dentre as atividades de estudo, houve uma continuidade do levantamento 
bibliográfico, de forma mais aprofundada, para subsidiar com mais propriedade o tema 
deste trabalho. Entre os temas de estudo, destacam-se: Medição de Energia Elétrica, 
Programação e Sustentabilidade Ambiental. 
 Em seguida, foram realizados o projeto e desenvolvimento do circuito de 
medição, programação do microcontrolador, projeto e programação do banco de 
dados e desenvolvimento da interface web. 
3.2 DESCRIÇÃO DO SISTEMA PROPOSTO 
Como pode ser observado na Figura 17, o sistema é composto por duas partes: 
o hardware e o software. A parte física é composta por um sensor de corrente 
invasivo (ACS712) que fica conectado em série à linha de fase da rede elétrica, 
podendo ser utilizado para analisar a corrente total ou simplesmente de um 
componente específico; um sensor de tensão (ZMPT101B) que fica conectado em 
paralelo à rede elétrica; o Arduino que é responsável por realizar o processamento 
dos dados e cálculo dos parâmetros elétricos desejados pelo usuário e um display que 
é a interface do hardware; além de uma bateria que fica responsável pela alimentação 
44 
 
 
elétrica do Arduino. A parte virtual é um software que é desenvolvido e utilizado para 
processamento dos dados e exibição dos resultados. Este software recebe os dados 
através de uma interface de comunicação ethernet conectada ao computador. 
 
Figura 17: Esquemático do sistema proposto 
Fonte: Elaborada pelos autores 
3.3 SENSOR ACS712 
 Na grande maioria dos circuitos eletrônicos, não é possível aplicar diretamente 
os sinais elétricos a serem analisados a um microcontrolador. Então, é necessário o 
uso de sensores para possibilitar a leitura desses valores que serão tratados por uma 
ferramenta de processamento de dados (TEIXEIRA, 2009). Os sensores de corrente 
são responsáveis por fornecer às entradas analógicas do microcontrolador um nível 
de tensão proporcional ao valor de corrente medido nos seus bornes de potência. 
 O sensor de corrente utilizado neste trabalho foi o ACS712 (Figura 18), 
desenvolvido pela Allegro Micro Systems. É um dispositivo que mede corrente elétrica 
a partir do princípio de funcionamento de efeito Hall. Este sensor pode medir tanto 
corrente CA quanto CC, pois ambas geram um campo magnético. 
 
 
Figura 18: Sensor ACS712 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
45 
 
 
 O ACS712 foi escolhido neste projeto por apresentar uma boa linearidade, 
baixo custo, um isolamento satisfatório entre a parte de potência e a parte de 
tratamento de dados, e um tamanho reduzido em um encapsulamento SOIC8. 
(ALLEGRO MICROSYSTEMS, INC., 2010). 
 Outras especificações técnicas abaixo: 
● baixa interferência devido ao seu filtro capacitivo; 
● alta velocidade de resposta (5 µs); 
● erro de 1,5% a temperatura de 25°C; 
● 2,1 KVRMS de isolação de tensão entre os pinos 1-4 para os pinos 5-8;e 
● Sensibilidade da saída de 66 a 185 mV/A. 
3.4 SENSOR ZMPT101B 
 O módulo do sensor de tensão ZMPT101B (Figura 19) é um sensor de tensão 
feito a partir do transformador de tensão ZMPT101B. Capaz de detectar tensão 
alternada. Possui diversas aplicações nas mais diversas áreas, sendo principalmente 
utilizado na automação residencial por ser capaz de ser aplicado em projetos de 
monitoramento de tensão CA. 
 
 
Figura 19: Sensor ZMPT101B 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
Foi escolhido nesta pesquisa por apresentar alta precisão, boa consistência 
para medição de tensão e pode medir até 250VAC. É simples de usar e vem com um 
potenciômetro de corte múltiplo para ajustar o ganho de saída do sensor. A saída do 
sensor é ajustada usando o trimpot para um valor apropriado a partir de uma entrada 
de referência. 
As características de ZMPT101B são consideradas como lineares nas quais a 
tensão de entrada correspondente tem uma relação linear com o valor ADC. A 
linearidade do sensor cobre até 1000V. Ao contrário dos sensores de corrente onde a 
sensibilidade é fornecida pelo fabricante, o sensor ZMPT101B deve ser amostrado e 
46 
 
 
calibrado pelo usuário. Utilizou-se a análise de regressão polinomial, método dos 
mínimos quadrados, para obter os coeficientes linear e angular do sensor. 
Algumas de suas especificações técnicas podem ser vistas abaixo: 
● Transformador: ZMPT101B; 
● Tensão de Alimentação do Módulo: 5 - 30VDC; 
● Tensão de Entrada: 0 - 250VAC; 
● Corrente de Entrada Nominal: 2mA; 
● Corrente de Saída Nominal: 2mA; 
● Proporção: 1000:1000; 
● Faixa Linear: 0-1000V; 
● Linearidade: 0,2%; 
● Isolamento Tensão: 4000V; 
● Precisão de Leitura: ±0,5%; e 
● Temperatura de Operação: -40º a 70ºC. 
3.5 ETHERNET SHIELD 
O Arduino Ethernet Shield, Figura 20, permite que uma placa Arduino se 
conecte à internet. Ele se baseia na W5100 Wiznetchip ethernet. Além de possibilitar 
o acesso às informações na sua rede local, ainda pode ser conectado à internet e 
permitir o seu monitoramento de qualquer lugar do mundo. 
O Wiznet W5100 fornece uma pilha com suporte aos protocolos de rede TCP34 
e UDP35 (IP - Internet Protocol). Ele suporta até quatro conexões simultâneas. O 
Shield ethernet se conecta a uma placa Arduino usando conectores barra de pinos 
longos que se estendem através do Shield permitindo que outros shields possam ser 
empilhados em cima. 
O shield também inclui um controlador de reset, para garantir que o módulo 
Ethernet W5100 seja devidamente reiniciado quando necessário. O botão de 
reinicialização no shield reseta o W5100 e a placa Arduino. 
 
34 TCP é uma sigla que significa Transmission Control Protocol (Protocolo de Controle de 
Transmissões, em uma tradução livre), que faz referência ao sistema de envio de pacotes mais comum 
da internet. 
 
35 O UDP (User Datagram Protocol) também se baseia no envio de pacotes de informações, mas 
remove toda a parte de verificação de erros da outra tecnologia. O objetivo dessa opção é acelerar o 
processo de envio de dados, visto que todas as etapas de comunicação necessárias para verificar a 
integridade de um pacote (e para reenviá-lo, se necessário) contribuem para deixá-lo mais lento. 
47 
 
 
 
 
Figura 20: Ethernet Shield 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
 O shield possui uma sequência de leds informativos: 
 
● PWR: indica que a placa e o shield estão alimentados; 
● LINK: indica a presença de um link de rede e pisca quando o shield transmite 
ou recebe dados; 
● FULLD: indica que a conexão de rede é full duplex; 
● 100M: indica a presença de uma ligação de rede 100 Mb; 
● RX: pisca quando o shield recebe dados; 
● TX: pisca quando o shield envia dados; 
● COLL: pisca quando são detectadas colisões de rede. 
3.6 DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO 
O LCD (liquid crystal display) utilizado nesse projeto consiste (Figura 21) em 
uma matriz 16X2 e é composta por um líquido polarizador de luz comprimido, 
controlado eletricamente, localizado entre lâminas transparentes (Figura 22). É um 
dos periféricos mais utilizados como dispositivo de saída em sistemas eletrônicos. Ele 
contém um microprocessador de controle, uma RAM interna que mantêm escritos no 
display (DDRAM) os dados enviados pelo microcontrolador e uma RAM de construção 
de caracteres especiais (CGRAM). 
 
Figura 21: Display de Cristal Líquido 
Fonte: Elaborada pelos autores 
48 
 
 
 
 
 
Figura 22: Camadas dos monitores LCD 
Fonte: Canaltech36 
 
 Sua pinagem é melhor descrita na tabela abaixo: 
 
Tabela 3: Pinagem do LCD utilizado 
Fonte: Materiais de Aula da Disciplina de Sistemas Microcontrolados no SUAP-EDU373.7 MÓDULO I2C 
I2C é a sigla de Inter-Integrated Circuit, e basicamente é um protocolo de 
comunicação entre dispositivos. O protocolo I2C tem dois tipos de dispositivos: Master 
e Slave. Onde o Master (mestre em português), é a unidade de controle responsável 
por coordenar todos os periféricos (slaves, escravos em português). O barramento 
I2C é composto de dois fios, SDA e SCL, e alimentação (VDD), tipicamente de 3.3V 
ou 5V (PROTOCOLO I2C, 2013). 
 
36 Disponível em: https://canaltech.com.br/produtos/Como-funcionam-os-monitores-LCDs/. Acesso em 
outubro de 2017. 
37 Disponível em: https://suap.ifrn.edu.br/media/edu/material_aula/lcd.pdf. Acesso em Outubro de 2017 
 
49 
 
 
SDA significa Serial Data e SCL significa Serial Clock. SDA é o pino que 
efetivamente transfere os dados, e SCL serve para temporização entre os dispositivos, 
de modo que a comunicação pela SDA possa ter confiabilidade. Tanto o envio quanto 
a recepção de dados são realizados utilizando a linha SDA, ou seja, é uma linha 
bidirecional de comunicação, ora estamos enviando dados por este pino, ora estamos 
recebendo dados. Na Figura 23, é possível observar o módulo I2C. 
 
 
Figura 23: Módulo I2C 
Fonte: FilipeFlop38 
 
3.8 CALIBRAÇÃO DOS SENSORES 
3.8.1 Calibração do ZMPT101B 
Nas pesquisas realizadas no período de levantamento bibliográfico não foi 
encontrado um datasheet que mostrasse, especificamente, o coeficiente angular da 
curva de resposta do sensor tensão, valor que representa a sensibilidade do 
transdutor. Para a definição desse coeficiente e para comprovação da linearidade do 
sensor foi realizada a medição da tensão de saída mediante variação da tensão 
(realizada por um Varivolt Variac39 - Figura 24) de entrada do sensor, conforme mostra 
o gráfico da Figura 25. 
 
Figura 24: Varivolt Variac 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
38 Disponível em: https://www.filipeflop.com/produto/modulo-serial-i2c-para-display-lcd-arduino/. 
Acesso em outubro de 2017 
39 É um equipamento eletromecânico baseado em uma bobina variável que recebe em sua entrada 
uma tensão CA fixa. A partir da variação da bobina interna é possível se obter uma tensão CA ajustável. 
Basicamente, sua estrutura interna consiste em um transformador cujo seu secundário é variável de 
acordo com o usuário. 
50 
 
 
 
 
 
Figura 25: Curva de resposta do sensor de tensão 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
Para achar o coeficiente angular foi utilizado o método dos mínimos quadrados. 
A metodologia consiste na análise dos valores de saída do sensor, Vdc e Vac, durante 
a variação da tensão de entrada de 0 a 220 Vrms. Obtidos esses dados, os resultados, 
são aplicados ao método dos mínimos quadrados (caso linear) como apresentado no 
seguinte sistema de equações: 
 
{
 
 
 
 𝑁 ∙ 𝑏 + 𝑎 ∙∑𝑋𝐽
𝑁
𝑗=1
=∑𝑌𝐽
𝑁
𝐽=1
𝑏 ∙∑𝑋𝐽
𝑁
𝐽=1
+ 𝑎 ∙∑𝑋𝐽
2
𝑁
𝐽=1
=∑(𝑋𝐽 ∙ 𝑌𝐽)
𝑁
𝐽=1
 
 Onde: 
● N: Número de amostras; 
● b: Coeficiente linear; 
● a: Coeficiente Angular; 
● XJ: Valores de tensão de entrada do sensor; e 
● YJ: Valores de tensão de saída do sensor. 
 
51 
 
 
Aplicadas esse sistema pôde-se retirar o coeficiente linear e angular da reta. 
Posteriormente, pegou-se um instrumento já calibrado e realizou-se uma comparação 
entre os resultados. 
3.8.2 Calibração do ACS712 
 O sensor ACS712 possui um datasheet de fácil acesso e de fácil compreensão. 
Devido a isso, foi possível elaborar um método de calibração mais simples que o do 
sensor ZMPT101B. 
Para calibração deste sensor, foi montado o circuito presente no esquemático 
da Figura 26 utilizando um Arduino UNO, juntamente com o ACS712 devidamente 
alimentado com 5 V e seu terminal de dados conectado ao terminal A0 do Arduino 
 
Figura 26: Circuito de calibração do ACS712 
Fonte: BlogdoJoséCintra40 
 Utilizou-se o código apresentado no Apêndice B para realizar a calibração. Um 
instrumento já calibrado foi utilizado para realizar uma comparação entre os 
resultados. 
 
40 Disponível em: http://josecintra.com/blog/medindo-corrente-alternada-arduino-acs712/. Acesso em 
Outubro de 2017. 
52 
 
 
3.9 MONTAGEM DO PROTÓTIPO 
 Para montagem do protótipo foi utilizado uma placa de madeira com dimensões 
de 17 por 25 centímetros com objetivo de fixar os componentes utilizados sendo eles: 
uma extensão com três tomadas, uma mini placa de circuito impresso, um Arduino 
UNO, um Shield ethernet, um display e os sensores ACS712 e ZMPT101B. 
 Realizou-se a montagem dos componentes sobre a placa. Toda a parte do 
circuito de potência foi feita com uma fiação elétrica residencial para simular a 
instalação elétrica de uma casa, enquanto que a parte do circuito de controle foi feita 
com uma fiação elétrica utilizada em práticas laboratoriais. 
 Terminado o sistema elétrico, iniciou-se os testes do protótipo e também os 
testes em conjunto com o software. 
 A Figura 27 mostra o esquema das ligações elétricas entre os componentes. 
 
53 
 
 
 
Figura 27: Esquema elétrico do sistema 
Fonte: Elaborada pelos autores 
54 
 
 
Para verificar a efetividade do circuito montado em protoboard e do protótipo 
final, utilizamos cargas com valores de potência nominal conhecidos. As cargas 
utilizadas foram: 
● Conjunto de 4 lâmpadas incandescentes, 25 W cada, em paralelo, potência 
aparente de 100 VA (Figura 28); 
● Aspirador do modelo Electrolux A10 Smart, potência aparente de 968 VA 
(Figura 29); 
● Projetor do modelo Epson Powerlite S12, potência aparente de 418 VA (Figura 
30). 
 
Figura 28: Conjunto de lâmpadas incandescentes 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
 
Figura 29: Aspirador Electrolux 
Fonte: Elaborada pelos autores 
 
 
Figura 30: Projetor Epson 
Fonte: Elaborada pelos autores 
55 
 
 
3.10 CALIBRAÇÃO DO SISTEMA DESENVOLVIDO 
Foram realizados testes para comparar a medida feita no sistema com leituras 
feitas em equipamentos semelhantes existentes no mercado. Neste foram utilizados 
um multímetro e um alicate amperímetro. 
Utilizando-se do multímetro digital HM-2030 da Hikari (Figura 31.a), realizamos 
a medições de tensão (em Volts) e corrente (em Ampères) utilizando como carga o 
conjunto de lâmpadas para comparar com as medições feitas pelo sistema 
desenvolvido. 
Com o objetivo de se estabelecer às características reais de funcionamento do 
medidor proposto, foram determinadas algumas condições de teste e avaliados seus 
resultados em termos de erro percentual, comparando o protótipo a um registrador 
comercial de energia elétrica. 
• Sinais de tensão e corrente senoidais e de mesma frequência igual a 60Hz; 
• Carga Resistiva Fixa; 
• Energia calculada a partir do produto das tensões e correntes V e I; e 
• Frequência de amostragem de 1 amostras/segundo; 
Os testes realizados com o Alicate Wattimetro Minipa ET 4050 (Figura 31.b) 
foram realizados com as cargas Aspirador e Projetor para analisar além da corrente e 
da tensão, verificar e comparar os parâmetros de potência aparente, ativa, reativa e 
fator de potência. Foram medidos com o sistema desenvolvido os valores máximo e 
mínimos de cada parâmetro para se obter um valor médio enquanto que com o 
medidor comercial, foi medido um valor fixo. 
(a) (b) 
Figura 31: Multímetro (a) e Alicate Wattímetro (b) 
Fonte: Elaborada pelos autores 
https://lista.mercadolivre.com.br/medicoes-instrumentacao/alicate-wattimetro-minipa-et-4050
56 
 
 
3.11 PROGRAMAÇÃO DO SISTEMA DE INTERAÇÃO COM O USUÁRIO 
A criação do sistema WEB se deu, basicamente, em três etapas: 
• Criar uma API REST com rotas (URLs) para receber os dados do 
Arduino, armazená-los no banco de dados e amostrá-los (pegar do 
banco de dados e retornar); 
• Modelar o banco de dados para receber essas entradas; 
• Criar uma interface que requisitasse da API os dados e os mostrasse 
em