AutomaoResidencialInteligenteviaArduino artigo 2

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Wyden

Lana Rufino

17/12/2020

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Automação Residencial Inteligente via Arduino
Thesis · June 2019
DOI: 10.13140/RG.2.2.13378.73923
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André Luís da Silva Pinheiro
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CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL INTELIGENTE VIA ARDUINO

Lucas Magno Silva Diniz

Rio de Janeiro
JUNHO/2019

CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL INTELIGENTE VIA ARDUINO

Lucas Magno Silva Diniz

Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica do Centro Universitário
Augusto Motta (UNISUAM), como requisito
parcial à obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Elétrica.

Orientador: André Luís da Silva Pinheiro

Rio de Janeiro
JUNHO/2019

CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL INTELIGENTE VIA ARDUINO

Lucas Magno Silva Diniz

APROVADO EM: _________________________

BANCA EXAMINADORA:

_______________________________________
André Luís da Silva Pinheiro, D.Sc. - Orientador

_______________________________________
Antônio José Dias da Silva, M.Sc.

_______________________________________
Julio Guilherme Gerlach Gutterres, M.Sc.

Rio de Janeiro
JUNHO/2019

DEDICATÓRIA

Quero dedicar esse trabalho ao Deus que eu sirvo e que me dá toda a capacidade para
correr atrás dos meus objetivos e me faz buscar maior conhecimento. Quero também dedicar
esse trabalho a meus pais que me deram toda a educação, aprendizado como ser humano, e
cuidaram de mim para que isso tudo fosse possível.

AGRADECIMENTOS

Quero agradecer por esse trabalho a minha família que entendeu a necessidade de eu
ter que abrir mão de muitas coisas do lazer para a montagem desse TCC, meu pai que se
dispôs a me ajudar na montagem do protótipo, meu irmão que me ajudou na formatação e na
tradução do resumo, o meu amigo Jorge que me ajudou e deu dicas de programação de
arduino e a todos os professores da Unisuam que de alguma forma me capacitaram para que
eu tivesse a capacidade de realizar esse TCC.

DINIZ, Lucas Magno Silva. Automação Residencial Inteligente via Arduino. 2019. 71 p.
Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro Universitário
Augusto Motta, Rio de Janeiro, 2019.

RESUMO
Destaca a utilização da tecnologia do arduino para projetos de automação residencial e
demonstrar que essa filosofia pode atender a demanda da sociedade. Mostrando que a
tecnologia do arduino pode ser empregada nas residências afim de reduzir custos ocasionados
por gastos da energia elétrica, essa tecnologia que é barata e que pode atender as demandas e
principalmente fazer parte das residências de pessoas com dificuldades de locomoção ou que
desejam maior comodidade, segurança conforto. Foi realizado a construção de um protótipo
em que demonstra que um simples arduino com configurações básicas, realizando comandos
de iluminação, ar condicionado, bomba d’água, portão automático, podendo ser
incrementados outros comandos existentes em uma residência comum. O arduino junto ao
módulo ethernet faz a comunicação entre hardware e aplicativo, realizando os comandos
solicitados e lendo informações dos sensores, tudo através do smartphone. O protótipo
mostrou que o arduino pode ser uma ferramenta aliada as novas tecnologias que se pode
implementar nas residências, uma tecnologia barata que com o passar do tempo pode ser mais
pesquisada a fundo pelas empresas com a finalidade de talvez criar um arduino próprio para
esse tipo de aplicação, afim de trazer comodidade e conforto aos usuários por um preço baixo,
visto que atualmente para termos esse tipo de automação em residências se deve desembolsar
um investimento alto.

Palavras-chave: Automação residencial; Arduino, domótica; Blynk; Sensor;
Microcontroladores.

DINIZ, Lucas Magno Silva. Intelligent Residential Automation by Arduino. 2019. 71 p.
Monograph (Graduation in Electrical Engineering) – Centro Universitário Augusto Motta, Rio
de Janeiro, 2019.

ABSTRACT
It highlights the use of arduino technology for residential automation projects and
demonstrate that this philosophy can meet the demand of society. By showing that arduino
technology can be used in residences in order to reduce costs caused by electric expense, this
technology is inexpensive and can meet the demands and especially be part of the residences
of people with mobility difficulties or who want more convenience , safety and comfort. A
prototype was built in which it shows a simple arduino with basic configurations, performing
lighting control, air conditioning, water
pump, automatic gate, and other commands in a
common residence can be increased. The arduino next to the ethernet module makes the
communication between hardware and application, realizing the requested commands and
reading information of the sensors, everything through the smartphone. The prototype has
shown that arduino can be a tool allied to new technologies that can be implemented in
homes, an inexpensive technology that over time can be further researched by companies for
the purpose of perhaps creating a proper arduino for this type of application, in order to bring
convenience and comfort to the users for a low price, given that nowadays to have this type of
automation in residences one must disburse a high investment.

Keywords: Residential Automation; Arduino, Home Automation; Blynk; Sensor;
microcontrollers.

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Arquitetura dos equipamentos ....................................................................... 8
Figura 2 – Arduino BlackBoard UNO R3 .................................................................... 12
Figura 3 – Esquema elétrico do Arduino BlackBoard UNO R3................................... 14
Figura 4 – Esquema elétrico do Arduino BlackBoard UNO R3................................... 14
Figura 5 – Saída PWM ................................................................................................. 16
Figura 6 – Ethernet Shield ............................................................................................ 17
Figura 7 – Interface e logo do aplicativo Blynk ........................................................... 19
Figura 8 – Circuito do relé ............................................................................................ 20
Figura 9 – Módulo relé comum de 8 vias ..................................................................... 20
Figura 10 – Módulo relé serial da Robocore ................................................................ 21
Figura 11 – Sensor de Luminosidade LDR .................................................................. 22
Figura 12 – Sensor de temperatura e umidade DHT11 ................................................ 23
Figura 13 – Sensor de Nível ......................................................................................... 24
Figura 14 – Funcionamento do sensor fim de curso ..................................................... 25
Figura 15 – Imagem de um sensor fim de curso ........................................................... 25
Figura 16 – Arquitetura interna da CPU ....................................................................... 27
Figura 17 – Pinos ATmega328 ..................................................................................... 28
Figura 18 – Níveis de entrada e saída digital ................................................................ 29
Figura 19 – Ligação dos resistores nos pinos digitais do arduino. ............................... 30
Figura 20 – Memórias do arduino ................................................................................ 31
Figura 21 – Ethernet Shield acoplado ao arduino. ........................................................ 33
Figura 22 – O IDE do arduino ...................................................................................... 35
Figura 23 – Selecionando o arduino no IDE ................................................................ 36
Figura 24 – Selecionando a porta serial COM do arduino conectado no IDE.............. 37
Figura 25 – Projeto aberto no Blynk ............................................................................. 39
Figura 26 – Divisões do aplicativo Blynk .................................................................... 40
Figura 27 – Desenho do esquema físico do protótipo .................................................. 49
Figura 28 – Página para criação do botão no aplicativo Blynk. ................................... 51
Figura 29 – Página para criação da tela para visualizar dados dos sensores no
aplicativo Blynk. ....................................................................................................................... 52
Figura 30 – Página para criação da programação através do “Eventor” no aplicativo
Blynk. ....................................................................................................................................... 54
Figura 31 – Interface de acesso do usuário no aplicativo Blynk. ................................. 55

Figura 32 – Foto do protótipo em fase de montagem ................................................... 57

LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Tabela de diferenças do BlackBoard UNO e UNO Italiana. ...................... 11
Tabela 2 – Tabela com as interligações do arduino ...................................................... 48
Tabela 3 – Tabela com orçamento do protótipo ........................................................... 58
Tabela 4 – Tabela com orçamento previsto para uma residência comum .................... 60

LISTA DE EQUAÇÕES
(1)Equação de conversor Analógico e Digital .............................................................. 30

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASP – Active Server Page
A/D – Analógico para Digital
CLP – Controlador Lógico Programável
C – COMUM
CPU – Unidade Central de Processamento
EEPROM – Memória somente leitura programável apagável eletricamente
FET – Transistor de Efeito de Campo
FTDI – Future Technology Devices International
GPIO – Entrada/Saída para Uso Geral
GPS – Global Positioning System
HTTP – Protocolo de Transferência de Hipertexto
HUB – Concentrador
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IDE – Ambiente de desenvolvimento integrado
IP – Internet Protocol
LDR – Light Dependent Resistor
LED – Diodo Emissor de Luz
MODICON – Controlador Modular Digital
NA – Normalmente Aberto
NF – Normalmente Fechado
PC – Personal Computer
PHP – Página Pessoal
PIR – Passive Infrared Sensor
PLC – Portador de Linha de Energia
PLL – Loop de Travamento de Fase
PWM – Modulação por Largura de Pulso
RF – Radiofrequência
RX – Recepção/Upload
SCR – Diodo Controlado de Silício
SD – Secure Digital Card
SOC – System on a Chip
SPI – Serial Peripheral Interface

SRAM – Memória de Acesso Aleatório Estático
SSD – Solid-State Drive
TCP – Protocolo de Controle de Transmissão
TRIACS – Triode for Alternating Current
TX – Transmissão/Download
UART – Receptor/Transmissor Assíncrono Universal
UDP – User Datagram Protocol
USB – Universal Serial Bus
VOIP – Voice Over Internet Protocol
WiFi – Wireless Fidelity

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
A – Ampéres
B – Byte
Kb – Kilobyte
mA – Miliamperes
mm – Milímetros
MHz – Megahertz
V – Tensão
Vac – Tensão alternada
Vdc – Tensão contínua
Ω - Ohms

SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1
1.1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA ................................................................. 1
1.2. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA ........................................................................... 2
1.3. HIPÓTESE ........................................................................................................... 2
1.4. OBJETIVO ........................................................................................................... 3
1.5. MOTIVAÇÃO ..................................................................................................... 3
1.6. TRABALHOS RELACIONADOS E CONTEXTUALIZAÇÃO ....................... 3
1.7. JUSTIFICATIVA
E RELEVÂNCIA ................................................................... 4
1.8. METODOLOGIA ................................................................................................ 5
1.9. ORGANIZAÇÃO DO TEXTO ........................................................................... 5
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 7
2.1. CONCEITO DE AUTOMAÇÃO ........................................................................ 7
2.2. HISTÓRIA DA AUTOMAÇÃO ......................................................................... 8
2.3. A AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL NOS DIAS ATUAIS .................................. 9
2.4. DISPOSITIVOS E PROGRAMAS UTILIZADOS PARA O PROTÓTIPO DO
PROJETO DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ATRAVÉS DE ARDUINO. ................... 10
2.4.1. Arduino ........................................................................................................ 10
2.4.2. Ethernet Shield ............................................................................................ 17
2.4.3. Software IDE ............................................................................................... 18
2.4.4. Aplicativo Blynk ......................................................................................... 18
2.4.5. Módulo Relé ................................................................................................ 19
2.4.6. Sensor de luminosidade LDR ...................................................................... 21
2.4.7. Sensor de temperatura e umidade DHT11 .................................................. 22
2.4.8. Sensor de Nível de água. ............................................................................. 23
2.4.9. Sensor de fim de curso ................................................................................ 24
3. COMO FUNCIONA UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO COM ARDUINO ........ 26
3.1. FUNCIONAMENTO DO ARDUINO ............................................................... 26
3.1.1. O que é o arduino? ....................................................................................... 26
3.1.2. O microcontrolador e seu poder de processamento. .................................... 27
3.1.3. A CPU ATmega328. ................................................................................... 27
3.1.4. Entradas e saídas digitais do ATmega328 ................................................... 28
3.1.5. Entradas analógicas do ATmega328 ........................................................... 30

3.1.6. Memórias do arduino ................................................................................... 31
3.1.7. Bootloader ................................................................................................... 32
3.2. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO ETHERNET EM CONJUNTO COM O
ARDUINO ............................................................................................................................ 33
3.2.1. Ethernet Shield ............................................................................................ 33
3.2.2. Chip CI W5100 ........................................................................................... 34
3.3. SOFTWARE IDE E COMO SE PROGRAMA ................................................. 34
3.4. BLYNK .............................................................................................................. 37
3.2.2. Funcionamento do aplicativo Blynk ............................................................ 39
3.2.3. Pinos virtuais do aplicativo Blynk ............................................................... 40
4. FUNCIONAMENTO DO PROTÓTIPO DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL POR
ARDUINO ................................................................................................................................ 42
4.1. COMUNICAÇÃO DE CADA UM E FUNCIONAMENTO ............................ 42
4.2. PRINCIPAIS COMANDOS DO PROTÓTIPO ................................................ 43
4.2.1. Abrir e fechar portão automático ................................................................. 43
4.2.2. Acionamento da iluminação de uma área externa ....................................... 44
4.2.3. Ar condicionado de um ambiente que deve se manter refrescado .............. 44
4.2.4. Bomba de uma residência para encher uma caixa d’ água. ......................... 44
4.2.5. Comando liga-desliga para tomadas e iluminação ...................................... 45
4.2. COMANDO ELÉTRICO DO PROTÓTIPO ..................................................... 45
4.3. PROGRAMAÇÃO DO ARDUINO .................................................................. 45
4.3.1. Funções utilizadas na programação do arduino .......................................... 46
4.3.2. Bibliotecas do arduino ................................................................................. 47
4.4. LIGAÇÕES DO ARDUINO NOS EQUIPAMENTOS DO PROTÓTIPO ....... 48
4.5. PROGRAMAÇÃO E CONSTRUÇÃO DA INTERFACE DO USUÁRIO
PELO APLICATIVO BLYNK ............................................................................................. 50
4.5.1. Criação da interface do usuário pelo aplicativo Blynk ................................ 51
4.5.2. Programação do aplicativo Blynk ............................................................... 52
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUT’UROS .................................. 56
5.1. RESULTADOS E DISCUSSÕES DO PROTÓTIPO ....................................... 56
5.1.1. Alterações realizadas durante montagem do projeto ................................... 56
5.1.2. Adaptações do protótipo .............................................................................. 56
5.1.3. Resumo do funcionamento do protótipo ..................................................... 57

5.1.4. Orçamento do protótipo montado ................................................................ 58
5.2. PREVISÃO DE PROJETO RESIDENCIAL .................................................... 59
5.2.1 Alterações para um projeto com maiores dimensões ................................... 59
5.2.2 Orçamento previsto para projeto de uma residência comum ....................... 59
5.3. TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 61
ANEXOS ...................................................................................................................... 67

1. INTRODUÇÃO
1.1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA
O Brasil nos últimos anos vem enfrentando o problema da crise energética no país,
onde 90 % da energia gerada vem através das usinais hidrelétricas que dependem dos níveis
dos reservatórios elevados para gerar energia elétrica. Mas nos últimos anos os níveis dos
reservatórios não têm atendido ao consumo de energia da população brasileira, causado pela
falta de chuvas que temos vivido a cada ano (EQUIPE BRASIL ESCOLA, 2018). Para
solucionar esse problema, o governo tem pensado em construir novas usinas hidrelétricas, que
realmente não poluem o ar, mas causam enormes impactos ambientais na região em que são
instaladas, mas ao invés de buscar soluções caras e que impactam o meio ambiente,
poderíamos conscientizar a população a economizar energia, ou criar tecnologias que
possibilitem ao usuário reduzir o consumo energético.
Alguns dos maiores motivos para o gasto excessivo de energia elétrica, é quando
deixamos aparelhos ligados mesmo que não utilizando eles, lâmpadas ligadas sem pessoas
estarem no local, ou equipamentos ligados a tomadas, mas desligados, mesmo em modo
“stand by”, eles consomem energia mesmo que baixa. Um estudo realizado nos Estados
Unidos com a energia gasta pelas pessoas com esses equipamentos na tomada comprovou que
aparelhos plugados permanentemente na tomada representa um consumo de 23% da energia
total gasta
por “carga ociosa de eletricidade”. E a tendência é o crescimento desses gastos.
(PALMER, 2015). Um exemplo são pessoas que muitas vezes antes de dormir, esquecem
equipamentos que estão ligados, mas fora do alcance de visualização delas, uma lâmpada
externa enquanto a pessoa está em seu quarto por exemplo, ou aparelhos ar condicionados de
prédios ou empresas que ficam ligados a noite consumindo energia sem necessidade.
Outro problema enfrentado é falta de acessibilidade para pessoas com mobilidade
reduzida, de acordo com informações do IBGE de 2010. Dos 190,7 milhões de brasileiros,
13,2 milhões (7 %) declaram ter a mobilidade reduzida, elas necessitam de adaptações em
suas residências para enfrentar as diversas dificuldades de locomoção e acesso, dificultando a
sua independência, sendo assim as pessoas necessitam de equipamentos adaptados para
ajudarem nas suas tarefas do cotidiano. (PAULUS, PILOTI, et al., 2017). Como por exemplo
pessoas com idade muito avançada que tem problemas para levantar de uma cama para

desligar uma lâmpada por exemplo, ou pessoas recém operadas que precisam desligar um
equipamento que tem o seu local de comando com acesso limitado.

1.2. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
Com os elevados custos e a crise energética que o Brasil com a falta de água nos
reservatórios das hidrelétricas (EQUIPE BRASIL ESCOLA, 2018), mais se tem pensando em
novas tecnologias a fim de diminuir o desperdício de energia elétrica, o plano de conscientizar
a população pode até parecer que na teoria iria funcionar, mas na prática infelizmente é
totalmente diferente, pois isso tem sido estudado utilizar tecnologias atuais para empregar um
maior controle sobre os equipamentos, fazendo assim que o usuário tenha noção dos
equipamentos que talvez estejam consumindo energia sem a real necessidade.
Além disso temos a falta de acessibilidade de pessoas com dificuldades de locomoção
para acionar equipamentos elétricos de suas residências (PAULUS, PILOTI, et al., 2017),
esses tipos de pessoas necessitam de uma tecnologia que disponibilize o controle desses
equipamentos por meios mais acessíveis, como um smartphone por exemplo, facilitando a
vida desse usuário que talvez não necessite de outra pessoa para desligar um equipamento.

1.3. HIPÓTESE
Visto os estudos realizados que comprovam que equipamentos elétricos mesmo que
ligados a tomada, eles podem consumir energia (PALMER, 2015), a hipótese levantada é a
implementação de um sistema de automação inteligente com a função de visualizar e
comandar qualquer equipamento elétrico residencial ou predial de forma remota através de
conexão via internet, nesse sistema de automação que pode ser acessado por notebook ou
smartphones, o usuário tem a interface que mostra os equipamentos ligados e desligados, e
pode enviar comandos remotos afim de controlar o equipamento à distância, reduzindo o
consumo de energia já que você tem o controle de todos os equipamentos da sua casa e
trazendo maior acessibilidade ao usuário com dificuldades de locomoção, podendo por
exemplo desligar uma bomba de água enquanto uma idosa está se aprontando para descansar.

1.4. OBJETIVO
O principal objetivo deste projeto é trazer maior comodidade nas instalações elétricas
de casas, prédios e empresas. Podendo ajudar pessoas com dificuldades de locomoção a
desligar equipamentos com certa distância ou com grande grau de dificuldade para serem
comandados. Trazer maior segurança, pois através desse sistema o usuário tem a possibilidade
de acionar equipamentos que somente ele pode acessar através de sua rede de dados com
senha, como por exemplo um portão automático de acesso a residência. Além disso o projeto
te dá o controle e gerenciamento do que se encontra ligado e gastando energia desnecessária
de sua instalação (PALMER, 2015), assim podendo diminuir custos de energia na conta de
luz, o usuário pode até mesmo configurar para desligar equipamentos que não vão ser
utilizados durante o período de sono.

1.5. MOTIVAÇÃO
A Comodidade gerada por essa nova tecnologia que vem sendo implantada nas
instalações elétricas residências, garantindo maior conforto, confiabilidade e segurança em
comandos elétricos simples de uma casa, prédio ou empresa, além de proporcionar um
controle que pode ser programado a gosto do usuário do sistema.
Também existe a necessidade de apresentarmos esse projeto a pessoas que tem
dificuldades físicas e de locomoção, visto que o usuário pode controlar todo o sistema elétrico
residencial através de um notebook ou smartphone que está perto do mesmo, sendo uma
tecnologia inovadora e que traz praticidade a esse público em especial.

1.6. TRABALHOS RELACIONADOS E CONTEXTUALIZAÇÃO
(WORTMEYER, FREITAS e CARDOSO, 2005). O artigo apresenta algumas
vantagens referentes a automação residencial no cenário mundial, ela aborda principalmente a
segurança e conforto dessa nova tecnologia, mesmo sendo recente ela vem crescendo no
mercado, além disso fala da economia que ela proporciona ao usuário da residência
automatizada e também alguns aspectos da infraestrutura, explicando como essa tecnologia
funciona ao permitir ver e controlar pontos elétricos pela residência.
(SGARBI, 2007). Esse trabalho fala um pouco sobre a domótica inteligente, que é a
instalação de tecnologias nas residências afim de melhor a qualidade de vida, aumentar a

segurança e viabilizar o uso de recursos para os usuários, explica sobre o sistema de
aprendizado automático, o desenvolvimento de programas capazes de controlar situações
automaticamente. Foi desenvolvido para apresentar o funcionamento de um sistema de
automação automático a partir do momento que se recebe comandos de sensores, ou
comandos do usuário, o programa faz a leitura e envia um comando para o equipamento
realizar uma tarefa.
(ACCARDI e DODONOV, 2012) Esse artigo apresenta os principais aspectos da
automação residencial, entre eles os elementos básicos de um sistema de automação como
controladores, sensores, atuadores e interfaces, explica o que são e cada função desses
elementos, mostra a arquitetura do sistema para o funcionamento da automação, os setores
responsáveis pelo bom funcionamento do sistema, são eles divididos em setor de controle,
setor de dados e setor de multimídia, aplicações de cada setor e protocolos de comunicação
para que os dispositivos se comuniquem entre si afim de levar informações para realizar
comandos o visualizar pontos por interface.
Todos esses projetos falam da importância da automação industrial, o que é
basicamente a automação residencial, falam do funcionamento, as vantagens de ter um
sistema de automação em sua residência. Mas meu trabalho se diferencia de realizar essa
automação através de um arduino, muito utilizado em indústrias mas irei adaptar para uma
residência, isso economiza espaço pelo arduino ser pequeno, e também na economia
financeira, por ser um equipamento que não tem um preço tão elevado.

1.7. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA
A falta de um sistema de controle e gerenciamento de equipamentos elétricos
residenciais vem ultimamente acarretando em gastos desnecessários da energia elétrica,
levando assim ao aumento na conta de energia elétrica. Além disso temos a acessibilidade,
conforto e segurança que o sistema pode proporcionar principalmente a pessoas com
deficiência física ou dificuldade de locomoção, visto que elas podem ter o controle dos
equipamentos residenciais na palma de sua mão.
Atualmente os sistemas de automação residencial tem um preço elevado para serem
instalados, mas o projeto desenvolvido tem o diferencial de ser realizado através de arduinos
que são; encontrados com facilidade no mercado e com um preço interessante, esses arduinos
vão se comunicar via Internet com equipamentos comuns ao nosso cotidiano como notebooks

e smartphones, podendo
visualizar por equipamentos ligados, programar um equipamento
para funcionar através de sensor, entre outras funcionalidades.

1.8. METODOLOGIA
A primeira parte deste projeto será de trazer a importância da automação residencial
para o ser humano nos dias atuais, a sua relevância e todas as vantagens dessa tecnologia que
ainda é muito nova e pouco comentada. Além de demonstrar alguns princípios da automação
e o básico do funcionamento para saber o que é a automação residencial.
Em seguida o trabalho abordará sobre o funcionamento e as funções dos equipamentos
que serão utilizados no projeto de automação residencial que será montado, como o Arduino,
sensores e outros equipamentos.
Para demonstrar o funcionamento, o projeto será entregue com um protótipo em
funcionamento que irá realizar comandos elétricos através do arduino programado. Esses
comandos elétricos serão enviados através de uma interface via aplicativo que poderá ser
acessada por computadores, notebooks ou smartphones, dando ao usuário o conforto e
praticidade para acessar o sistema elétrico de sua residência.

1.9. ORGANIZAÇÃO DO TEXTO
No primeiro capítulo apresenta-se o projeto, expondo uma breve contextualização e
apresentando a problemática vislumbrada, assim como os objetivos.
No segundo capítulo é realizada uma revisão sobre a área de automação promovendo
um maior detalhamento na área de domótica, que é a área que abrange a automação
residencial.
No terceiro capítulo é apresentado o funcionamento de um sistema de automação
residencial através de arduino, realizando uma breve explicação de como é o funcionamento
da rede de comunicação e como cada equipamento se comunica com o outro, enviando e
recebendo informações tanto para supervisão como para comando.
No quarto capítulo é comentado sobre o funcionamento do protótipo que será montado
para apresentação do projeto, como foi realizada a montagem, a função de cada equipamento
do projeto e a programação realizada via computador que envia as informações para o arduino
realizar as ações.

No quinto capítulo conclui-se o projeto mostrando as vantagens de se ter um projeto
desses em uma residência, a facilidade de ter esse tipo de projeto nas residências e foi
realizado comentários do protótipo montado e finalmente no sexto capítulo é apresentada a
bibliografia utilizada no trabalho.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. CONCEITO DE AUTOMAÇÃO
O termo automação começou a se popularizar a partir dos anos 50 para descrever a
movimentação automática de maquinários e materiais nas indústrias, realizando muitas das
atividades sem o auxílio do trabalho humano, mas comentar que foi na segunda metade do
século XVII que o homem tentava avançar na área de automação, período também marcado
pela transformação do sistema agrário e artesanal para o sistema industrial. (SANTOS, 2017)
Vemos em nosso período o quão importante é a automação no nosso cotidiano, visto
que muitos dos nossos equipamentos do dia-a-dia utilizam essa filosofia da automação, como
por exemplo, o despertador que é programado pelo usuário para que toque a hora que ele
desejar. (SANTOS, 2017)
A automação residencial ou domótica (junção das palavras Domus que em latim
significa casa, e a palavra robótica que significa automatizar) é a utilização da tecnologia com
a função de facilitar e tornar automáticas as tarefas do cotidiano de uma casa comum,
facilitando a vida do morador que poderá usufruir de maior conforto, praticidade, economia e
segurança. Podendo ser adaptado a qualquer utilização doméstica, e com os avanços
tecnológicos, a automação residencial se torna algo expansível e flexível ao usuário, trazendo
benefícios ao usuário em várias tarefas, além de ajudar também na diminuição do consumo de
energia elétrica. (AUTOMATIC HOUSE).
A domótica faz o uso de vários equipamentos que são distribuídos pela casa e que se
comunicam para realizar as tarefas que são de acordo com a necessidade do morador, esses
equipamentos se dividem nesses três grupos descritos abaixo e que se são vistos em forma de
arquitetura. (QUINDERÉ, 2009)
Atuadores: São os equipamentos que realizam a conversão do sinal elétrico em energia
de movimento ou qualquer outra, por exemplo, energia mecânica, hidráulica ou pneumática.
Um exemplo de atuador seria um relé de interface, um motor elétrico entre outros.
Sensores: São os conhecidos transdutores que convertem as grandezas elétricas em
sinais elétricos, esses sinais serão lidos pelos controladores que vão enviar um comando para
os atuadores. Um exemplo são sensores de presença, temperatura e outros.
Controladores: São os equipamentos responsáveis por armazenar dados e processos
com o propósito de controlar as saídas dos processos, administrando os atuadores e sensores e

comparando informações com a finalizar de coordenar os aparelhos da residência e chegar no
resultado desejado pelo usuário e morador da casa.
Conforme a Figura 1 vemos a arquitetura da automação.

Figura 1 – Arquitetura dos equipamentos

Fonte: Adaptado de https://www.qconcursos.com/
8uestões-de-concursos/8uestões/655df526-0f, acessado em 16/11/2018.

Se tratando de complexidade de sistema e níveis de interligação, os projetos de
domótica se dividem em três: (CAMPOS, 2014)
Sistemas autônomos: são os sistemas isolados e independentes, quer dizer que cada
área da residência possui seu próprio equipamento de automação, sendo assim controlamos
cômodo por cômodo.
Sistema integrados com controle centralizado: tem se um único controlador para todos
os equipamentos da residência, controlando qualquer cômodo de qualquer local da residência.
Sistemas de automação complexos: nesse nível de automação, tem a necessidade de a
casa ser totalmente projetada para receber um projeto dessa dimensão.

2.2. HISTÓRIA DA AUTOMAÇÃO
A automação começou a ganhar destaque na segunda metade do século XVIII, com a
mudança do sistema de produção artesanal e agrário que migrou para o processo industrial,
com isso foram-se criando equipamentos simples e semiautomáticos, com os avanços
tecnológicos, do século XX, os sistemas começaram a se tornar automáticos, com as
máquinas produzindo com maior rapidez e precisão se comparado a trabalho manual do ser
humano, além de que as máquinas podem realizar tarefas com maior grau de periculosidade
em segurança, já que não coloca a vida do operador em risco. (CAMPOS, 2014)

Mas foi em 1788 que James Watt criou o que pode–se dizer como o primeiro sistema
de controle com realimentação, se tratava de um equipamento que regulava o fluxo de vapor
de uma máquina. (CAMPOS, 2014)
Com a grande evolução tecnológica na área da informática e eletrônica, ouve a criação
dos CLPs a empresa norte americana Bedford Associate lançou o MODICON 084, que ficou
conhecido como o primeiro CLP e foi criado para atender a demanda da conhecida indústria
automobilística dos Estados Unidos, a General Motors. (SILVA, 2012)
Com essa realização várias empresas de tecnologia começaram a fabricar esses
controladores, e vendo que o mercado industrial estava competitivo, elas resolveram partir
para outra área mudando o foco para a automação residencial. Mas são duas áreas que os
equipamentos de automação deveriam ter características totalmente diferentes, na indústria os
equipamentos são especificados para ter um controle seguro, imune a falhas e com respostas
imediatas. Já na área residencial esses critérios não são tão importantes, mas esses
dispositivos na área residencial necessitam de um acabamento melhor e interface amigável
para o usuário não ter dificuldade para realizar comandos ou programar tarefas. (CAMPOS,
2014)
A automação residencial teve seu marco na década de 70 com a criação do protocolo
X-10 nos Estados Unidos que foram os primeiros controladores que utilizavam a rede elétrica
residencial
como meio de comunicação entre os dispositivos de automação. Essa tecnologia
foi denominada de PLC que permitia o usuário automatizar toda a residência sem alterar a
instalação elétrica da casa. (CAMPOS, 2014)
Nos anos 80 imaginaram utilizar os computadores pessoais como centrais de
automação e controle, porém esses computadores teriam que se manter ligados
constantemente para que o sistema de automação residencial se mantivesse em
funcionamento, causando um excessivo consumo de energia, com isso se criaram micro
controladores, abandonando os computadores. E com os avanços tecnológicos, foi
incorporado ultimamente a comunicação sem fio, possibilitando ao usuário o controle e
monitoramento da automação de qualquer lugar da residência. (CAMPOS, 2014)

2.3. A AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL NOS DIAS ATUAIS
As soluções de automação residencial vêm crescendo muito nos tempos atuais e já é
um dos serviços mais procurados no mundo no mercado de consumo, mas a demanda por

essas soluções é maior nos países com economia desenvolvida, mas mesmo a procura nos
países emergentes sendo baixa, ela está crescendo. (AUTOMATIC HOUSE, 2018)
A automação vem evoluindo constantemente, ficando cada vez mais eficiente, além
disso vemos que tecnologias novas e baratas têm sido criadas para suprirem os mercados
emergentes. A automação residencial é algo que teremos em todas as residências em breve,
mas no presente momento temos também soluções de baixo custo que podem nos possibilitar
comandar nossos equipamentos domésticos com eficiência e qualidade. Um exemplo dessas
soluções e que será o foco desse projeto são os arduinos, que são equipamentos baratos e que
fazem podem fazer a função de controle de alguns equipamentos do nosso cotidiano
(CAMPOS, 2014).
O principal alimentador da automação residencial no mundo é a necessidade cada vez
maior do usuário aumentar a eficiência e controle de suas atividades domésticas. A automação
residencial pode fazer inúmeras tarefas, como por exemplo: melhorar a climatização de uma
casa de forma econômica e eficiente, gerenciar o consumo de energia, segurança e
iluminação, poder comandar seus equipamentos de forma remota. (CAMPOS, 2014)

2.4. DISPOSITIVOS E PROGRAMAS UTILIZADOS PARA O PROTÓTIPO DO
PROJETO DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ATRAVÉS DE ARDUINO.
2.4.1. Arduino
O arduino começou a ser projetado pelo professor Massimo Banzi no Instituto de
Design e Interação, em Ivrea, na Itália. No ano de 2005, Banzi com seus colegas de trabalho,
teve a ideia de desenvolver uma placa de prototipagem eletrônica que possibilitasse atividades
para didática escolar só que de um custo mais baixo que os sistemas similares na época. Ele e
sua equipe então criaram uma placa que pudesse criar projetos eletrônicos baseados nos micro
controladores de baixo custo. (AMARAL e RIBEIRO SILVA, 2017) No mesmo ano ele se
junta a David Cuartielles e lança comercialmente o dispositivo e se torna um grande sucesso
entre fabricantes e estudantes, por seu produto ser de fácil utilização e grande durabilidade.
(CAMPOS, 2014)
O arduino é um equipamento formado por 2 componentes básicos: a placa do arduino
que vai os equipamentos físicos, conhecido como hardware, e a IDE que é o programa
executado no computador por onde escrevemos os códigos que fará os comandos e depois
fará o upload para a placa do arduino. (CAMPOS, 2014).

O arduino é um pequeno componente que consegue processar informações de
dispositivos e que consegue se comunicar com eles através de suas entradas e saídas, de
acordo com a programação, fazendo leitura de grandezas físicas através de sensores, ou
realizando ações através dos atuadores. (CAMPOS, 2014)
Existem muitas placas de arduinos e todas com a mesma linguagem, mas a versão
UNO ficou muito popular e é a placa mais utilizada mundialmente. Tanto o software como o
hardware são de fonte aberta e estão disponíveis para qualquer pessoa acessar, com isso os
esquemas e códigos podem ser usados livremente por qualquer um para qualquer propósito.
(CAMPOS, 2014)
O modelo de arduino utilizado nesse trabalho é o BlackBoard UNO R3, fabricada no
Brasil pela empresa Robocore, ela foi projetada unindo as melhores placas de arduino básicas
lançadas até os dias atuais além de trazer melhorias e implementações. Conforme visto na
Figura 2. (ROBOCORE, 2018)
As únicas diferenças desse modelo fabricado no Brasil para o famoso arduino italiana
seguem abaixo na Tabela 1:

Tabela 1 – Tabela de diferenças do BlackBoard UNO e UNO Italiana.
Blackboard UNO R3 Arduino UNO R3
Possui LED indicador de polaridade
reversa.
Não possui LED indicador de polaridade
reversa.
Possui Regulador que fornece mais
corrente no pino de 5 V.
Não possui regulador que fornece mais
corrente no pino de 5 V.
Uso do chip FTDI, que garante melhor
qualidade de comunicação serial.
Sem chip FTDI
Fonte: Adaptado de https://www robocore net/tutoriais/
comparativo-arduino html, acessado em 20/11/2018

Figura 2 – Arduino BlackBoard UNO R3

Fonte: Adaptado de https://www robocore net/loja/produtos/
arduino-blackboard.html#descricao, acessado em 18/11/2018.

Especificações do Arduino BlackBoard UNO R3:
Dimensões: 68 x 53 x 10 mm
Micro controlador: ATmega328P
Memória flash: 32 KB (dos quais 0,5 KB são usados pelo bootloader)
Memória SRAM: 2 KB
Memória EEPROM: 1 KB
Frequência de clock: 16 MHz
Protocolos de comunicação:
UART
SPI
TWI (I2C)
Temperatura de operação: 10ºC a 60ºC
Tensão de operação: 5 V
Tensão de alimentação: 7 a 12 V (recomendada)
20 pinos de entrada/saída (I/O) digitais, dentre os quais:
6 entradas analógicas (A0 a A5)
6 saídas PWM (D3, D5, D6, D9, D10 e D11)
Corrente máxima por pino I/O: 40 mA
Corrente máxima no pino de 3,3 V: 200 mA*
Compatível com todos os shields feitos para Arduino UNO R3 (e versões anteriores)
existentes.

Do pino 0 ao pino 13 são os pinos para entradas e saídas digitais, do lado oposto temos
6 pinos analógicos que são utilizados somente como entradas que recebem uma tensão de 0 a
5 volts e transformam esse valor em um número de 0 a 1023. Dos 14 pinos digitais, 6 deles
podem ser utilizados como saídas analógicas são eles os pinos 3,5,6,9,10,11. (ROBOCORE,
2018)
O arduino tem uma grande facilidade de se comunicar com o computador, o chip
ATmega328 que fornece comunicação serial através dos pinos digitais 0 (RX) e 1 (TX).
Nesse arduino da Robocore, a comunicação serial dele é realizada através do chip FTDI,
diferente da placa de arduino UNO que utiliza o chip ATmega16U2, isso foi feito pelo chip
FTDI ser mais robusto e confiável na conversão dos sinais, além disso a alteração ajuda nos
problemas de compatibilidade do driver da placa em diversos sistemas operacionais. Sendo
assim através do USB o chip FTDI se comunica com o computador, criando uma porta COM
virtual para o software do computador. O software Arduino inclui um monitor serial que
permite que dados de texto de programação sejam enviados do computador para o arduino. Os
LEDs RX e TX piscam quando esses dados estão sendo enviados através do chip e a conexão
USB para o computador. (ROBOCORE, 2018). Conforme visto na Figura 3 e Figura 4 segue
o esquema elétrico do arduino BlackBoard UNO R3, no Anexo A tem o esquema elétrico do
chip FTDI e o Anexo B que tem o esquema elétrica da parte do microcontrolador
ATMEGA328 junto com os pinos de saída.

Figura 3 – Esquema elétrico do Arduino BlackBoard UNO R3

Fonte: Adaptado de https://s3-sa-east-1.amazonaws.com/robocore-lojavirtual/998/Blackboard_v1.1.pdf,
acessado em 18/11/2018.
Figura 4 – Esquema elétrico do Arduino BlackBoard UNO R3

Fonte: Adaptado de https://s3-sa-east-1.amazonaws.com/robocore-lojavirtual/998/Blackboard_v1.1.pdf,
acessado em 18/11/2018.
15

2.4.1.1. Entradas e saídas digitais de um arduino UNO
Uma placa de arduino UNO possui 14 pinos que vão de 0 a 13, e que podem ser
configurados como entradas ou saídas digitais, conforme necessidade do projeto. (SOUZA,
2013)
Antes de utilizar cada pino, devemos antes configurá-lo para entrada ou saída digital,
quando temos um equipamento que vai receber um sinal digital, como por exemplo um LED
que vai ser acionado, devemos configurá-lo como saída digital, mas caso seja um botão que
vai enviar um sinal digital para o arduino realizar uma ação, aí a configuração desse pino
digital será como entrada. (SOUZA, 2013)
Conforme anteriormente dito, a placa do arduino UNO tem 14 pinos digitais, mas
podemos configurá-lo para que tenha até 20 pinos, já que os 6 pinos analógicos, podem ser
programados para se tornarem entradas digitais. Através do comando que executamos no
arduino, ele fará a “leitura” da tensão aplicada ao pino de entrada, no qual chamamos que o
pino se encontra em estado “alto” ou “baixo” (ELETRÔNICA 90, 2017).
Na prática, o arduino junto com a programação carregada nele, vão ler se o pino está
sendo alimentado com 0 ou 5 Volts. Na entrada digital a programação lê o valor de 0 ou 1,
com tensão ou sem tensão, não é possível saber se está passando uma tensão intermediária no
pino, para isso usamos as entradas analógicas. (ELETRÔNICA 90, 2017)
Com uma saída digital podemos fazer muitas coisas, como acender um LED, ligar um
relé, acionar um motor e muito mais aplicações. (ELETRÔNICA 90, 2017)

2.4.1.2. Entradas analógicas de um arduino UNO
As entradas digitais só podem assumir dois estados, “Alto” ou “Baixo”. Por exemplo,
verificar se uma porta está aberta ou fechada, identificar se o botão está acionado ou solto.
Porém em algumas situações a variação das grandezas elétricas devem ser lidas de forma
analógica. Assim, variam continuamente em relação ao tempo, podendo assumir infinitos
valores dentro de uma faixa. Como por exemplo a temperatura, pressão e umidade.
(ELETRÔNICA 90, 2017)
O micro controlador da placa do arduino só trabalha internamente com dados digitais,
portanto é necessário traduzir o sinal de analógico para digital. Para isso se utiliza um
conversor analógico digital que é feito por um conversor ADC. A placa do arduino possui 6

canais conversores de analógico para digital. Essas entradas são nomeadas de A0 a A5.
(ELETRÔNICA 90, 2017)

2.4.1.3. Saídas PWM do arduino UNO
PWM (Modulação por Largura de Pulso) é uma técnica para obter resultados
analógicos por meios digitais. Essa técnica consiste na geração de ondas quadradas em uma
frequência muito alta, que pode ser controlada a porcentagem do tempo em que a onda
permanece em nível logico alto. Chamamos esse tempo de Duty Cycle e sua alteração
provoca mudança no valor médio da onda, indo desde 0 V (0% de Duty Cycle) a 5 V (100%
de Duty Cycle) no caso do arduino. Conforme visto na Figura 5. (ELETRÔNICA 90, 2017)

Figura 5 – Saída PWM

Fonte: Adaptado de http://eletronica90.com.br/conheca-as-
entradas-do-arduino/, acessado em 19/11/2018.

Analisando as formas de onda, nota-se que a frequência da forma de onda tem o
mesmo valor e varia-se o duty cycle da forma de onda. Quando está em 0% o valor médio de
saída é igual a 0 V e consequentemente para um duty cycle de 100 %, a saída assume o valor
máximo de tensão, que no caso é 5 V. Já se o duty cycle de 50% a saída assumirá a tensão de

2,5 V e assim sucessivamente de acordo com a variação no duty cycle. (ELETRÔNICA 90,
2017)
PWM pode ser usada para diversas aplicações, como por exemplo:
Controle de velocidade de motores;
Variação da luminosidade de LEDs;
Geração de sinais analógicos;
Geração de sinais de áudio.
As placas de arduino UNO em seus pinos específicos para saídas PWM e são
indicados pelo símbolo ‘~’ na frente de seu número. São 6 pinos para saída PWM, são eles:
3,5,6,9,10 e 11. (ELETRÔNICA 90, 2017)

2.4.2. Ethernet Shield
O Módulo Ethernet Shield é um acessório do Arduino que permite que o Arduino
conectado a ele se conecte a internet ou a rede local, possibilitando assim o acesso remoto
para transferência de dados, verificar dados remotos de status de sensores e comando, entre
outras informações. Conforme visto na Figura 6. (ARDUINO E CIA, 2013)

Figura 6 – Ethernet Shield

Fonte: Adaptado de http://blog.eletrogate.com/ethernet-
shield-w5100-com-arduino/, acessado em 19/11/2018.

Nesse módulo é encontrado o chipset Ethernet da Wiznet modelo W5100 que fornece
acesso a rede pelos protocolos TCP ou UDP, esse módulo é facilmente utilizado no programa

IDE do Arduino usando a biblioteca Ethernet Library e SD Library, o chipset suporta até
quatro conexões de socket simultâneas. (BAÚ DA ELETRÔNICA, 2017)
Especificações do Módulo Ethernet Shield:
Modelo: Ethernet Shield R3 - W5100;
Tensão de operação 5V (fornecida pela placa Arduino);
Controlador Ethernet: W5100 com buffer interno 16K;
Velocidade de conexão: 10/100Mb;
Conexão com o Arduino na porta SPI;
Dimensões(CxLxA): 68x53x10mm
Peso: 25g

2.4.3. Software IDE
Para se criar os Sketches para a placa do arduino é necessário que um programa rode
em um computador, esse programa é o IDE. É no IDE que se escreve toda a programação que
iremos carregar no arduino e que consequentemente irá ser realizado pelos atuadores
interligados a esse arduino. A programação é realizada por ciclos que são divididos
basicamente em etapas (CAMPOS, 2014):
Conectar o arduino a uma porta USB do computador;
Escrever o código na IDE para dar vida ao arduino;
Fazer o upload do código (Sketch) para o arduino através da conexão USB, após essa
etapa aguardar a reinicialização do arduino;
No fim o arduino irá executar o código escrito.
O arduino utiliza uma linguagem de programação que chamamos de Wiring, que é
adaptada a linguagem Processing. O que torna esse tipo de linguagem simples é o fato de que
quando fazemos o upload do código escrito, ele é traduzido para a linguagem C. (CAMPOS,
2014)

2.4.4. Aplicativo Blynk
O aplicativo Blynk é um serviço de aplicativo personalizável em que podemos
controlar nosso hardware arduino de qualquer lugar remoto, assim como ler dados do arduino
em nossos celulares smartphones. O aplicativo vem da ideia através do surgimento de
serviços com comandos via internet e do conceito de IOT (Conhecido no Brasil como Internet

das Coisas), isso fez gerar o aumento da procura desse tipo de ferramenta, com a finalidade de
trazer comodidade e facilidade de conexão de comandos e dados remotamente. Abaixo se tem
a Figura 7 demonstrando a interface do aplicativo Blynk. (MEDICCI SERRANO e NUNEZ,
2018)

Figura 7 – Interface e logo do aplicativo Blynk

Fonte: https://www.geekstips.com/arduino-blynk-
esp8266-iot-for-non-programmers/, acessado em 09/05/2018.

2.4.5. Módulo Relé
2.4.5.1 Módulo Relé comum
O relé é um mecanismo eletromecânico que surgiu no século XIX, é composto por um
magneto móvel que se move, unido a 2 contatos feitos em metal. Foi muito utilizado nos
sistemas telefônicos em locais remotos quando se existia as centrais telefônicas analógicas, e
são considerados uma espécie de ascendentes dos transistores. Mesmo conhecido por ser um
dispositivo muito pela velocidade de acionamento, já que leva mais de 1 milésimo de segundo
para acionar, ele é bastante utilizado nos sistemas eletrônicos que necessitam desse
dispositivo para controle. (CAMPOS, 2014)
Ele funciona da seguinte maneira, ao alimentar sua bobina com corrente elétrica, ela
gera um campo magnético que atrai um material condutor, fazendo com que o circuito fique
normalmente aberto ou fechado. Quando a corrente elétrica gerada for cessada, os contatos do
relé voltam a posição original. O relé tem contatos normalmente abertos, normalmente
fechados e os
chamados comum. Conforme visto na Figura 8. (CAMPOS, 2014)

Figura 8 – Circuito do relé

Fonte: Adaptado de https://www hardware.com.br/
comunidade/circuito-leds/1129187/, acessado em 20/11/2018.

Os relés têm vantagem em relação a componentes similares como TRIACS E SCR,
pois os relés são totalmente independentes dos sistemas de controle, podendo trabalhar em
várias tensões, mas ocorre um desgaste precoce nos mecanismos internos do relé. Conforme
Figura 9 se tem a foto de um Módulo Relé comum de 8 vias. (CAMPOS, 2014)

Figura 9 – Módulo relé comum de 8 vias

Fonte: Adaptado de http://www.baudaeletronica.com.br/
modulo-rele-5v-8-canais html, acessado em 13/05/2019.

2.4.5.2 Módulo Relé Serial
O módulo relé serial utilizado tem um diferencial dos relés comuns usados, esse relé
tem o diferencial pois ele foi criado para acionar diversas cargas com poucas portas lógicas,
só esse módulo já controla quatro relés da placa independente, utilizando apenas dois pinos do

arduino. Através de uma comunicação serial que se pode comunicar com cada relé, e ainda se
pode adicionar mais módulos do mesmo modelo com a finalidade de acionar mais relés nas
mesmas duas portas. Conforme visto na Figura 10. (ROBOCORE, 2018)

Figura 10 – Módulo relé serial da Robocore

Fonte: Adaptado de https://www robocore net/loja/produtos/
modulo-rele-serial.html#descricao, acessado em 20/11/2018.

Especificações do Módulo Relé Serial:
Dimensões da placa: 78mm x 52mm x 20mm
Tensão de alimentação: 12V
Tensão de Clock/Data: 5V
Sinal de controle: Nível TTL
Bobina: 12VDC 30mA
Carga nominal do relê: 7A 30VDC, 10A 125Vac, 7A 220Vac
Carga nominal do módulo: 10A
Tempo de acionamento de contato: 10ms

2.4.6. Sensor de luminosidade LDR
O sensor de luminosidade LDR (Light-Dependent Resistor, traduzido para Resistor
Dependente de Luz), é um equipamento que funciona variando a resistência de acordo com a
intensidade da luz, funcionando basicamente como um fotoresistor, que quanto mais luz
incidir no sensor, menor será a resistência elétrica. Para ligação do sensor direto no arduino,
se faz necessário instalá-lo com um resistor em conjunto, já que a corrente máxima que

circula pelo sensor é de 20 mA. Conforme visto na Figura 11 temos a foto do sensor de
luminosidade. (VIDAL, 2017)

Figura 11 – Sensor de Luminosidade LDR

Fonte: Adaptado de https://www.vidadesilicio.com.br/sensor-de-luminosidade-ldr-5mm,
acessado em 20/11/2018.

Especificações do Sensor de Luminosidade LDR:
- Modelo: GL5528
- Diâmetro: 5mm
- Tensão máxima: 150VDC
- Potência máxima: 100mW
- Tensão de operação: -30°C a 70°C
- Espectro: 540nm
- Comprimento com terminais: 32mm
- Resistência no escuro: 1 MΩ (Lux 0)
- Resistência na luz: 10-20 KΩ (Lux 10)

2.4.7. Sensor de temperatura e umidade DHT11
O sensor de temperatura e umidade DHT11 é um equipamento de baixo custo para
verificação de temperatura e ambiente, que apesar da sua simplicidade, consegue realizar bem
a sua função em projetos que necessitam de monitoramento das condições do ambiente. Eles
são constituídos de duas partes principais: o sensor de umidade capacitivo e o termistor,
podendo realizar a medição de temperatura de 0 a 50º C e 20 a 80 % da umidade do ar,

fazendo essa leitura em no mínimo 2 segundos. Conforme visto na Figura 12. (ROBOCORE,
2018)

Figura 12 – Sensor de temperatura e umidade DHT11

Fonte: Adaptado de https://www robocore net/loja/produtos/
sensor-de-temperatura-dht11.html, acessado em 20/11/2018.

Especificações do Sensor de temperatura e umidade DHT11
Tensão de alimentação e sinal: 3 a 5V
Corrente durante a leitura: 2.5mA
Recomendado para leituras de umidade entre 20 a 80% com precisão de 5%
Recomendado para leituras de temperatura entre 0 a 50ºC com precisão de ±2°C
Sampling rate de 1Hz (a cada segundo)
Tamanho: 15.5mm x 12mm x 5.5mm
Espaçamento entre os pinos: padrão 0.1"

2.4.8. Sensor de Nível de água.
Os sensores de nível, que podem ser chamados também de “chave de nível” ou “bóia
de nível”, funcionam como um contato seco que pode abrir ou fechar, só que isso funciona
através do movimento de um flutuador que realiza a mudança de estado. Eles têm a função de
detectar o limite de nível dos líquidos em tanques ou reservatórios e enviar sinais de ON ou
OFF como saída. São sensores de potência baixa e por isso não podem ser utilizados para
acionar bombas de forma direta, necessitando de equipamentos para realizar as ações, um
exemplo desse equipamento são os relés auxiliares ou de interface. (EICOS SENSORES,
2016)

Por ficarem em posições fixas e preso nas laterais dos reservatórios, isso faz com que
eles não sejam afetados por ondulações ou vibrações, garantindo assim maior confiabilidade e
repetitibilidade se comparados as antigas “Chaves Bóia”. (EICOS SENSORES, 2016)
O sensor de Nível é constituído por uma haste que desliza um cilindro de material
flutuante, e no meio dessa haste existe um sensor magnético que através de um imã presente
no cilindro, fecha o contato seco dos dois fios. Conforme podemos ver o sensor na Figura 13.

Figura 13 – Sensor de Nível

Fonte: Adaptado de https://www.tekkno.com.br/produto/3947/water-
level-sensor--- sensor-nivel-agua, acessado em 10/05/2018.

2.4.9. Sensor de fim de curso
Os sensores de fim de curso ou “Micro-Switch”, são equipamentos eletromecânicos
com função de indicar que um motor ou estrutura ligada ao eixo do motor (Portão automático
por exemplo), chegaram ao fim do campo de movimento, limitando assim o movimento da
estrutura, são simples de serem utilizados, visto que eles funcionam como um interruptor
elétrico comum. (ANDRADE, 2017)
Os sensores fim de curso funcionam basicamente como um interruptor comutador, que
quando acionado através de uma força mínima na sua haste, roldana, ou seja, qual for o tipo
de acionamento, ele atua sobre o circuito podendo abrir ou fechar um contato seco. Conforme
podemos ver na Figura 14. (ANDRADE, 2017)

Figura 14 – Funcionamento do sensor fim de curso

Fonte: Adaptado de https://www.saladaeletrica.com.br/chave-
fim-de-curso/, acessado em 10/05/2018.

Quando a haste ou roldana do sensor é acionada, ele pode fechar um contato seco ou
abri-lo, com isso podemos enviar um comando para o atuador realizar a ação desejada.
Abaixo na Figura 15, temos a imagem de um sensor de fim de curso. (ANDRADE, 2017).

Figura 15 – Imagem de um sensor fim de curso

Fonte: Adaptado de https://www.daeletrica.com.br/
chave-fim-de-curso-micro-switch-18mm-125-250v, acessado em 10/05/2018.

3. COMO FUNCIONA UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO COM ARDUINO
3.1. FUNCIONAMENTO DO ARDUINO
3.1.1. O que é o arduino?
O arduino na prática, funciona como um minicomputador que você pode programar
para processar comandos para suas entradas e saídas, se conectando a equipamentos externos
que podem realizar uma ação ou enviar alguma informação. O arduino é conhecido no mundo
da automação residencial como uma plataforma de computação física ou embarcada,
interagindo por meio de software e hardware. Um exemplo na prática é podermos através de
sensores de movimento PIR, podermos acionar uma lâmpada quando o sensor identificar
algum movimento, entre outros vários exemplos que podem ser citados. O arduino pode ser
utilizado para desenvolver objetos interativos independentes, ou podemos conectá-lo ao
computador, uma rede, ou até mesmo a internet, podendo enviar um conjunto de dados de
algum sensor para um site. (MCROBERTS, 2011)
O arduino pode ser ligado com inúmeros equipamentos, como LEDs, displays, botões,
interruptores, motores, sensores, receptores GPS, módulos WI-FI ou Ethernet, ou qualquer
outro que emita dados ou possa ser controlado. (MCROBERTS,
2011)
A placa do arduino é composta de um microprocessador Atmel AVR, um cristal ou
oscilador (relógio simples que envia pulsos de tempo em uma frequência específica para
permitir a operação do arduino na velocidade correta) e um regulador de tensão de 5 volts. Os
arduinos mais modernos já vem com saída USB para conexão a um PC para upload da
programação ou recuperação de dados, a placa deixa exposta as entradas e saídas para que
sejam conectados os equipamentos. (MCROBERTS, 2011)
As mais recentes e populares placas de arduino, vem nelas instalados o
microcontrolador Atmega8U2, programado como um conversor USB para serial. Nas placas
mais antigas eram utilizados os chips FTDI, mas pelo microcontrolador Atmega8U2 ser mais
barato que o FTDI e o ATmega 8U2 permite que o chip USB tenha seu firmware atualizado.
(MCROBERTS, 2011)
Mas o protótipo montado irá utilizar a placa de arduino que utiliza o microcontrolador
ATmega328 da Atmel que vem sendo utilizado mais recentemente que o ATmega8U2. O
ATmega328 é um microcontrolador de 8 bits, com arquitetura Harvard modificada e
pertencente à família AVR da Atmel. (MCROBERTS, 2011)

3.1.2. O microcontrolador e seu poder de processamento.
O microcontrolador é um computador em um chip, contém um processador, memória
e seus periféricos de entrada e saída, podendo ser programado para várias funções. Diferentes
dos microcontroladores que achamos nos computadores, eles são instalados nos arduinos afim
de controlar funções e ações. (CAETANO)
Os microcontroladores são diferentes dos processadores, pois além dos componentes
lógicos e aritméticos que os dois tem, o microcontrolador integra elementos adicionais, como
a memória de leitura e escrita para armazenar dados, memória de leitura para armazenar
programas, EEPROM para armazenar dados permanentes, conversores analógicos/digitais,
interface de entrada e saída de dados. (CAETANO)
No protótipo montado é comandado por um arduino que tem como microcontrolador o
ATmega 328 de fabricação Atmel, vem esse microcontrolador está sendo implementado em
arduinos mais recentes. No Anexo C, podemos ver o diagrama de blocos do ATmega328.
(CAETANO)

3.1.3. A CPU ATmega328.
A CPU de um microcontrolador é o cérebro dele, no caso do ATmega328, temos uma
CPU AVR do tipo “enhanced core”.
Figura 16 – Arquitetura interna da CPU

Fonte: Adaptado de https://sites.google.com/site/ronaldoecaetano/microcontrolador/
atmega328/fig2.png?attredirects=0, acessado em 14/03/2019.

Notamos na Figura 16 que a CPU é separada das memórias Flash e SRAM, essa
característica é típica das arquiteturas Harvard. O AVR possui uma pipeline de um nível, que
quando uma instrução está sendo executada, a próxima é carregada. Isto possibilita executar
instruções mais básicas em um único ciclo de clock. (CAETANO)
A memória interna de dados se compõem de registradores de uso geral, que são os
registradores de entrada e saída que controla os periféricos internos, e a memória SRAM. No
ATmega328, podemos acessar as 32 primeiras posições e as 64 posições seguintes os
registradores de entrada e saída. (CAETANO)

3.1.4. Entradas e saídas digitais do ATmega328
Dos 28 pinos encontrados no microcontrolador ATmega328, apenas 23 podem ser
usados como como entradas ou saídas digitais, inclusive os pinos marcados como analógicos
na placa, nas placas arduino vários pinos têm outras funções como por exemplo o Reset,
XTAL1 e XTAL2, limitando assim o número de pinos digitais. Conforme a Figura 17
(CAETANO)

Figura 17 – Pinos ATmega328
,
Fonte: Adaptado de https://sites.google.com/site/ronaldoecaetano/
microcontrolador/atmega328/fig3_1.png?attredirects=0, acessado em 14/03/2019.

As entradas e saídas digitais de uma placa de arduino podem ter 2 níveis de tensão
definidos, o nível alto que na maioria dos arduinos é 5 V, o nível baixo que é de 0 V.
Conforme Figura 18. (MADEIRA, 2017)

Figura 18 – Níveis de entrada e saída digital

Fonte: Adaptado de https://i0.wp.com/portal.vidadesilicio.com.br/wp-content/uploads/2017/05/sinal-
digital2.png?w=465&ssl=1, acessado em 16/03/2019.

Os pinos de entrada e saída digital são organizados em 3 portas (PB, PC e PD), mas
cada pino pode ser configurado da forma que desejar, todos eles possuem resistor de pull-up e
diodos de proteção, quando configurados como saída, podem gerar ou receber uma corrente
de 40 mA, esse microcontrolador pode operar nos seus pinos com tensões baixas de até 1,8 V,
mas nessa tensão o ATmega328 opera em até 4MHz. (CAETANO)
Os pinos digitais do arduino quando saem de fábrica, vem configurados como
entradas, porém é a programação realizada no IDE que você pode alterar para saída
dependendo da sua necessidade. Na forma de entrada digital o pino é colocado em estado de
alta impedância, equivalente a um resistor de 10 Megaohms em série com o circuito, para que
o pino absorva uma corrente mínima do circuito monitorado. Por causa desse fato, a tensão no
pino pode ficar variando, não deixando determinar um valor estável devido ao ruído elétrico,
para resolver esse problema que utilizamos o resistor de pull up (ligado a +5V) ou um resistor
de pull down (ligado no GND). Conforme visto Figura 19. (SOUZA, 2013)

Figura 19 – Ligação dos resistores nos pinos digitais do arduino.

Fonte: Adaptado de https://www.embarcados.com.br/wp-content/uploads/2013/12/Entradas-e-
Sa%C3%ADdas-digitais-Arduino-pull-up-pull-down.jpg, acessado em 16/03/2019.

Ao configurar o pino para saída digital, ele ficará em estado de baixa impedância,
assim o pino pode fornecer ou drenar a corrente do circuito externo, a corrente máxima por
pino é de 40 mA como a entrada, mas a soma das correntes não pode ultrapassar 200 mA,
devendo sempre ficar atento a sobrecorrentes e curtos circuitos que podem danificar o
transistor de saída levando assim a danificar o pino ou queimar o microcontrolador. (SOUZA,
2013)

3.1.5. Entradas analógicas do ATmega328
O ATmega328 trabalha internamente com dados digitais, para termos dados
analógicos é necessário que traduzir as informações analógicas para digitais, para isso
precisamos utilizar o conversor analógico digital, que consiste em converter o sinal analógico
para digital afim de quantificar o sinal do pino. O conversor A/D quantifica o valor analógico
conforme a quantidade de bits da resolução, essa conversão é dada pela equação (1).
(SOUZA, 2013)

𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑉𝑟𝑒𝑓 / 2𝑛
(1)
Onde:
Vref = Tensão de referência do conversor A/D
n = Número de bits do conversor
A placa do arduino possui 6 canais que apresentam esse conversor analógico digital,
nomeados de A0 até A5. (SOUZA, 2013)

3.1.6. Memórias do arduino
No arduino encontramos 3 tipos de memórias na sua composição: A SRAM,
EEPROM e a Flash. Conforme Figura 20 se tem a divisão das 3 memórias do arduino.

Figura 20 – Memórias do arduino

Fonte: Adaptado de https://i2.wp.com/www.avrtutorials.com/sites/
default/files/Memory%20Map%20Small.jpg, acessado em 17/03/2019.
3.1.6.1 SRAM
Memória de acesso aleatório estático, é tratado como um banco de registros de
memória volátil. Nessa área da memória que o esboço cria e manipula as variáveis quando
executadas. É a memória mais escassa do arduino e por isso deve ser supervisionada para não
esgota-lá. (CRESPO, 2016)
Ela é utilizada para várias finalidades como:
Dados estáticos: reservado para todas as variáveis globais e estáticas, variáveis com
valores iniciais, copiando o valor inicial do flash quando iniciamos o programa.
Heap: utilizado para variáveis e elementos que alocam memória dinamicamente. Ela
cresce a partir do final da zona de dados estáticos. Utilizado por elementos como objetos e
strings.
Stack: Usada por variáveis locais e para manter um registro de interrupções e
chamadas
para as funções.

3.1.6.1 EEPROM
Ela é uma memória não volátil, mantendo os dados após reinicialização, pode-se
gravar a partir do programa do microcontrolador, geralmente a programação de constantes,
essa memória tem um número limitado de leituras e escritas, ela pode ser lida byte por byte,
mas seu uso é mais complicado por ser mais lenta que a SRAM. (CRESPO, 2016)

3.1.6.1 MEMÓRIA FLASH
É a memória de programa, onde o esboço em binário já é compilado e salvo, seria o
equivalente ao disco rígido do computador, nela é armazenada o bootloader do arduino. É
possível executar programas a partir da memória flash, mas não se pode modificar os dados,
para isso é necessário copiá-los para a memória SRAM. A memória flash utiliza a mesma
tecnologia dos cartões SD, pen drives e alguns tipos de SSD, que se baseia usando impulsos
elétricos. No arduino a memória flash é dividida em duas zonas, uma para o carregador de
inicialização e outra para armazenar o esboço binário. (CRESPO, 2016)

3.1.7. Bootloader
O bootloader é um pequeno programa que é armazenado no microcontrolador
ATmega328 e que nos permite carregar o código sem necessidade de um hardware adicional,
o bootloader se mantém ativo por alguns segundos quando o arduino é zerado e então se inicia
o sketch que é carregado na memória flash e que onde programamos e carregamos a placa. O
bootloader sempre é executado ao ligar a placa do arduino, ou quando pressionamos o botão
reset por um período de tempo, mas o arduino tem uma função de reset automático quando se
é realizado o upload de algum código sem a necessidade de pressionar o botão reset.
(CRESPO, 2016)
O bootloader do arduino com microcontrolador ATmega328 ocupa espaço de 0,5 KB
dos 32 KB disponíveis e utiliza o protocolo STK500 que é de propriedade da Atmel. Esse
protocolo consiste em uma série de comandos e respostas, todas em ASCII padrão para troca
de dados e tarefas, isso é feito com a função de que o software Arduino IDE possa se
comunicar com a bootloader, e faça o upload da programação do Sketch. (CASTELLO, 2018)

3.2. FUNCIONAMENTO DO MÓDULO ETHERNET EM CONJUNTO COM O
ARDUINO
3.2.1. Ethernet Shield
O Ethernet Shield é uma das formas mais simples de se disponibilizar dos dados e
comandos do arduino de forma online, a biblioteca Ethernet encontrada no software IDE
oferece todos os recursos necessários para que o arduino possa ser acessado de forma online.
(VIDAL, 2018)
O módulo se trata de um hardware com conexão bem simples, basta encaixar o Shield
por cima do arduino seja ele UNO ou MEGA e logo em seguida conectar o cabo ethernet
RJ45 no shield e a outra ponta no modem ou roteador Wifi. Caso o arduino esteja conectado
com cabos nos seus pinos, se faz necessário a retirada dos mesmo para conectar o shield no
arduino e esses cabos são conectados no shield. Conforme a Figura 21. (VIDAL, 2018)

Figura 21 – Ethernet Shield acoplado ao arduino.

Fonte: Adaptado de http://blog.eletrogate.com/ethernet-shield-w5100
-com-arduino/, acessado em 12/05/2019.

Algumas características do chip W5100 utilizado no Shield:
 Suporta 4 conexões independentes simultaneamente;
 Memória interna 16 Kb para Tx/Rx Buffers;

 Suporte Interface Serial (SPI modo 0, 3);
 Saídas função Multi-LED (TX, RX, Full / Half duplex, Colisão, Speed Link);
 O W5100 Wiznet fornece uma rede (IP) capaz de TCP e UDP.

Os LEDs encontrados no Shield tem suas funções conforme abaixo:
 Led PWR: Indica que a placa e Shield está alimentada;
 Led LINK: Indica a presença de uma ligação de rede e pisca quando o shield
transmite ou recebe dados;
 Led FULLD: Indica que a conexão de rede é full duplex;
 Led 100M: Indica a presença de uma conexão de rede 100 Mb / s (em oposição
a 10 Mb / s)
 Led RX: Pisca quando o shield recebe dados;
 Led TX: Pisca quando o shield envia os dados;
 Led COLL: Pisca quando são detectadas colisões de rede.

3.2.2. Chip CI W5100
O componente mais importante do Shield Ethernet é o CI W5100, fabricado pela
empresa WIZnet, algumas fontes recomendam a utilização de uma fonte de alimentação
externa para a alimentação por causa do consumo elevado do CI, mas o consumo dele na
teoria, suporta a alimentação apenas pelo USB, mas caso tenha sensores e relés, talvez seja
realmente necessário a fonte externa. (VIDAL, 2018)
O W5100 possui um buffer interno de 16 Kb, a velocidade de conexão é de 10 a 100
Mb, podendo realizar a leitura de sensores e atuadores em tempo real de forma satisfatória. O
slot para cartão SD é uma forma fácil para se montar datologgers com acesso online a dados.
(VIDAL, 2018)

3.3. SOFTWARE IDE E COMO SE PROGRAMA
O software IDE, que é onde realizamos a programação da nossa placa, é simplesmente
o local onde criamos as nossas “sketches” que em dado momento vão ser lidas pelo Arduino,
conforme Figura 22. linguagem C, que é transmitida para o compilador AVR-GCC, que
traduz os comandos para a linguagem do microcontrolador da placa. Após o upload da
programação no arduino ser realizada pelo cabo USB, podemos retirar o cabo ligado ao

computador e o arduino já estará com a programação escrita dentro do seu microcontrolador,
bastando somente a alimentação por fonte de energia. (SOUZA, 2013)/
O programa IDE pode ser baixado de graça no site do arduino.

Figura 22 – O IDE do arduino

Fonte: Adaptado de https://www.embarcados.com.br/wp-content/uploads/2013/11/imagem_02-
315x379.png, acessado em 30/03/2019.

O IDE é dividido em 3 partes, são elas a Toolbar que fica na parte de cima, o código
ou a Sketch Window, que fica no centro, e a janela de mensagens da base. (SOUZA, 2013)
A Toolbar é onde temos o nome da Sketch e também abaixo do nome temos algumas
guias, nessa parte do programa encontramos a barra de menus com os itens File, Edit, Sketch,
Tools e Help. Na parte abaixo dos menus temos os ícones de atalho do IDE, que são as
funções do programa que mais utilizamos, são elas: (SOUZA, 2013)
Verify = Verifica se existe um erro no código digitado.
Upload = Compila o código e grava na placa do arduino se o mesmo estiver conectado
ao computador corretamente.
New = Cria um novo Sketch em branco.
Open = Abre um Sketch que está presente no Sketchbook.
Save = Salva o Sketch aberto no programa.
Serial monitor = Abre o monitor serial.

Os outros comandos presentes na barra de menus, podem ser consultados através do
menu Help > Environment.
Na primeira vez que o arduino é conectado ao computador, devemos selecionar o
modelo do arduino, conforme Figura 23, logo em seguida devemos selecionar a COM que a
placa for atribuída, após isso o programa está pronto para criarmos comandos e carregar no
Arduino, conforme Figura 24. (SOUZA, 2013)

Figura 23 – Selecionando o arduino no IDE

Fonte: Adaptado de https://www.embarcados.com.br/wp-content/uploads/2013/11/imagem_04-
315x353.png, acessado em 30/03/2019.

Figura 24 – Selecionando a porta serial COM do arduino conectado no IDE

Fonte: Adaptado de https://www.embarcados.com.br/wp-content/uploads/2013/11/imagem_05-
343x263.png, acessado em 30/03/2019.

Após configurar todo o programa e escrever toda nossa programação (ou até mesmo
utilizar os exemplos que o programa IDE tem gravados na sua biblioteca), utilizamos o ícone
Verify (Na parte inferior do programa IDE), ele verifica se a programação digitada está
correta e faz a compilação que exibe a mensagem de status da operação e a quantidade de
bytes gerados pela programação, logo em seguida gravamos o código na memória flash do
microcontrolador do arduino, para isso basta clicar em Upload e aguardar a programação ser
carregada no arduino. (SOUZA, 2013)

3.4. BLYNK
Com a popularização dos smartphones, tablets e plataformas microcontroladas,