REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8401212
Cristiano Almeida Carvalho1
RESUMO
O mercado da automação residencial ultrapassou a fase de ser algo de “ostentação” e passou a servir como um sistema que proporciona melhor qualidade de vida, conforto e segurança aos seus usuários. Com aumento de incêndios e acidentes domésticos causados pelo vazamento e explosão de cilindros de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) ou gás de cozinha, os indivíduos têm apresentado bastante preocupação. Dessa forma, a automação residencial entra como uma maneira de passar mais segurança para os moradores de uma residência. Diante disso, este trabalho tem como objetivo apresentar um protótipo que detecta possíveis vazamentos de gás de cozinha. Assim, as pessoas irão garantir maior segurança nas suas residências, com um investimento, relativamente, baixo.
Palavras-chave: Automação domótica; Segurança; Gás de Cozinha.
ABSTRACT
The home automation market has gone beyond being something of “ostentation” and has started to serve as a system that provides better quality of life, comfort and safety to its users. With an increase in fires and domestic accidents caused by the leakage and explosion of Liquefied Petroleum Gas (LPG) or cooking gas cylinders, individuals have been very concerned. In this way, home automation comes in as a way to pass more security to the residents of a residence. Therefore, this work aims to present a possible gas that detects the kitchen. Thus, people will ensure greater security in their homes, with a relatively low investment.
Keywords: Home automation; Safety; Cooking Gas.
1 INTRODUÇÃO
O aumento de incêndios e acidentes domésticos causados pelo vazamento e explosão de cilindros de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), popularmente conhecido como gás de cozinha, tornou-se algo assustador para os moradores. O GLP é comumente utilizado em praticamente todas as residências, pois é essencial para cozinhar alimentos. No entanto, o cuidado ao usar esse gás não deve ser esquecido (DANI; SUKMA, 2018).
Segundo Dani e Sukma (2018), foram encontrados relatos de vazamentos de botijões de gás devido à corrosão do tubo. Outro fato é uma possível tentativa de mistura que causa danos aos acessórios, como: mangueiras, válvulas e reguladores em cilindros de gás.
Nesse viés, a automação residencial entra como um sistema de segurança para evitar possíveis acidentes. O mercado da automação residencial ultrapassou a fase de ser algo de “ostentação” e passou a servir como um sistema que proporciona melhor qualidade de vida e conforto aos seus usuários.
Diante disso, este trabalho tem como objetivo apresentar dispositivos eletrônicos essenciais para gerar segurança, em relação a possíveis vazamentos de gás, aos moradores de uma residência. Assim, foi realizada uma revisão de literatura para, posteriormente, simular o funcionamento do sistema de automação residencial e desenvolver o protótipo.
Para o objetivo geral ser alcançado, foram traçados os seguintes objetivos específicos:
– Realizar uma revisão de literatura a fim de selecionar quais dispositivos eletrônicos serão aplicados no sistema;
– Simular o funcionamento do sistema por meio do software Proteus;
– Desenvolver um protótipo a fim de monitorar e alertar possíveis vazamentos de gás.
2 DESENVOLVIMENTO DO ARTIGO
De acordo com a Associação Brasileira de Automação Residencial e Predial (Aureside), existe um grande potencial para o fornecimento de equipamentos para automação de 1.8 milhão de residências. Estima-se que, aproximadamente, 300 mil residências brasileiras já possua a tecnologia de automação residencial (AURESIDE, 2020).
Em âmbito mundial, há uma média de 66% das pessoas que tenham interesse pela automação residencial. Já no Brasil, esse número cresce para 78% (AURESIDE, 2020). O número dos usuários da automação residencial cresce a cada ano, segundo a Forbes (2022), em 2016 o número de casas automatizadas não passavam de 300 mil e há uma previsão de um crescimento de 22% até 2025 (FORBES, 2022).
O artigo de Da costa e Lima (2015) aborda sobre uma pesquisa realizada pela Motorola Mobility sobre o uso da automação nas residências. A marca realizou uma entrevista sobre o uso a automação residencial e 78% das pessoas entrevistadas tinham interesse por esse sistema. Embora 37% dos entrevistados afirmaram que não tem tanto conhecimento sobre o assunto, o número dos interessados ultrapassou a média mundial que gira em torno dos 66% (DA COSTA; LIMA, 2015).
Atualmente, o mercado da automação residencial ultrapassou a fase de ser algo de “ostentação” e passou a servir como um sistema que proporciona melhor qualidade de vida e conforto aos seus usuários.
A seguir, serão abordadas as principais seções para aplicação da automação domótica (residencial) com o foco na redução de energia elétrica.
2.1 Automação Domótica
A automação domótica, popularmente conhecida como automação residencial, é o nome dado a tecnologia responsável por controlar os recursos de uma habitação, utilizando, simultaneamente, a eletrônica, sistemas de informação e eletricidade no ambiente domiciliar e proporcionando aos moradores maior conforto, segurança e praticidade.
De acordo com Vieira (2019), a domótica – termo presente em diversos referenciais teóricos de pesquisadores da área da elétrica e/ou eletrônica, principalmente europeus – é um conjunto de sistemas capaz de automatizar um lar, oferecendo melhor gestão de energia, conforto, comunicação e serviços de segurança. Esses serviços podem estar integrados através de redes externas e internas de comunicação, com ou sem fio. A Figura 1 ilustra alguns pontos de uma residência que podem ser automatizados.
Figura 1: Automação residencial utilizando bluetooth, ethernet e smartphone.
Pode-se dizer que a automação residencial é baseada na automação industrial, no entanto com o nível de complexidade inferior. Respectivamente, em um é necessário um controle imune de falhas, com respostas rápidas aos comandos e uma “perfeição” maior, enquanto no segundo é importante o uso de equipamentos com um melhor acabamento e uma interface simplificada para comunicação com o usuário (VIEIRA, 2019).
De um modo geral, na automação é necessário o uso de equipamentos para controlar determinado processo.
– Atuadores: Controlam os equipamentos;
– Sensores: Captam informações do ambiente;
– Controladores: Controlam os sensores e atuadores, realizando os comandos feitos pelos usuários.
Na automação domótica também é necessário o uso desses equipamentos para automatizar determinado ambiente. A Figura 2 ilustra a atuação desses três grupos principais:
Figura 2: Arquitetura centralizada dos equipamentos.
Na automação, existem dois modelos de funcionamento de um sistema:
– Passivo: O dispositivo recebe os comandos que são transmitidos pelo sistema do usuário, por meio de botoeiras, painéis, entre outros.
– Automático: Sistema mais inteligente, no qual interage com os comandos dados pelo usuário, interpretando algumas circunstâncias externas e retornando as informações ao usuário.
2.2 Internet das coisas
Para Li, Xu e Zhao (2015), a Internet das Coisas (IoT) é definida como “uma rede de conexão, onde as coisas são conectadas sem fio via sensores e dispositivos inteligentes”. Dessa forma, a IoT é capaz de interagir sem intervenção humana. Algumas das suas principais aplicações são nas indústrias de saúde, transporte e automotiva.
Na contemporaneidade do século XXI, as tecnologias de IoT estão em seus estágios iniciais, entretanto, muitos novos desenvolvimentos ocorreram na integração de objetos com sensores na Internet baseada em nuvem. Assim, o desenvolvimento da IoT envolve muitas questões, como infraestrutura, comunicações, interfaces, protocolos e padrões (LI; XU; ZHAO, 2015).
2.3 Microcontroladores
Os microcontroladores são dispositivos programáveis de pequeno porte e valor acessível, desenvolvidos com o objetivo de atuar sobre a administração de ações e eventos. Basicamente, são compostos por uma unidade processadora, memórias, entradas e saídas, controle temporal e conversores analógicos e digitais, tendo como função realizar ações de controle remotamente (SANTOS; LARA JÚNIOR, 2019).
De acordo com Santos e Lara Júnior (2019), esses dispositivos surgiram em meados da década de 1970, criado pela equipe Texas Instruments, derivados dos microprocessadores criados para realização de cálculos e, posteriormente, tomada de decisões. Dessa forma, foram evoluindo por meio da incorporação de memórias e outras arquiteturas através de um chip, resultando nos dispositivos que conhecemos, atualmente (SANTOS; LARA JÚNIOR, 2019).
O microcontrolador, resumidamente, é um pequeno computador em um único circuito integrado, composto por hardware e software. Nesses circuitos integrados, estão a memória, processador e as entradas e saídas, que podem ser programadas de acordo com a necessidade de cada usuário, utilizando várias linguagens de programação, como C e Phyton. Os microcontroladores mais comuns em projetos são o Arduino, ESP32 e o PIC16F877A (FRANZIN LEITE, et al., 2020). Neste trabalho será utilizado o microcontrolador ESP32.
2.4 O microcontrolador ESP 32
De acordo com Rodrigues et al. (2020), o microcontrolador ESP32 (Figura 3) é o dispositivo que coordena as medições de grandezas elétricas, tendo a função de ligar e desligar quaisquer dispositivos eletrônicos que estiverem conectados a ilha por meio de relés, ler e interpretar dados de tensão e corrente, realizar cálculos de potência e, por fim, gerar as informações de interesse do desenvolvedor ou usuário.
Figura 3: Microcontrolador ESP32.
O ESP32 possui canais ADC com precisão de 12 bits, podendo representar valores entre 0 e 4095 e sua capacidade de processamento pode chegar a 240Mhz (RODRIGUES et al., 2020), além de contar com uma vantagem em relação a sua capacidade de armazenamento que é exponencialmente superior se comparada com as dos demais microcontroladores como o Arduino, podendo até chegar ao dobro, tomando como base a memória flash, se comparado ao ATmega 2560 (SANTOS; LARA JÚNIOR, 2019).
O Quadro 1 ilustra algumas especificações do microcontrolador ESP32, comprovando suas vantagens sobre o Arduíno.
Quadro 1: Especificações técnicas.
| Especificações | Detalhes |
| Tensão | 3.3V |
| Memória RAM | 520 Kb |
| Processador | Single/dual core 32 bits |
| GPIOs | 34 |
| Entradas conversoras analógico/digital | 7 |
A conectividade do ESP32 é ótima por apresentar dois módulos ímpares de integração, por meio de ondas de rádio, representadas pelo protocolo bluetooth e o Wi-Fi, se tornando não apenas um dos poucos microcontroladores de pequeno porte que integra todas essas propriedades, gerando uma maneira mais econômica de se obter uma plataforma embarcada de alta empregabilidade e sendo um enorme avanço para a automatização (SANTOS; LARA JÚNIOR, 2019). A Figura 4 ilustra, por meio de diagrama de blocos, a estrutura do ESP32.
Figura 4: Diagrama de blocos do ESP32.
2.5 Sensor de gás MQ-02
O sensor MQ-2 é um sensor sensível a gases, como: GLP, Propano, Hidrogênio e fumaça. O principal material deste sensor é SnO2 com baixa condutividade em ar limpo. Havendo vazamento de gás, a condutividade do sensor irá aumentar. Esse sensor possui 2 tensões de entrada, ou seja, Vh e Vc. O Vh é usado para a tensão no aquecedor interno e o Vc é a tensão da fonte (DANNY; SUKMA, 2018).
Conforme ilustra a Figura 5, utiliza um circuito elétrico simples, onde converte a mudança de condutividade para corresponder ao sinal de saída de concentração de gás.
Figura 5: Sensor de gás MQ-02.:
De acordo com Brasil e Minhoni (2021), essas são algumas das características do sensor:
– Alta sensibilidade a gases como GLP, Propano, Hidrogênio e fumaça;
– Cerca de 300 – 10000 ppm de concentração;
– Boa sensibilidade a gases combustíveis em média distância;
– Baixo custo, longa vida e desempenho e estabilidade;
– Circuito simples;
– Possibilidade de diferentes aplicações (industriais e residenciais).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Este artigo aborda a elaboração de um protótipo que visa gerar maior segurança aos moradores de uma residência, por meio de um sistema de automação domótica que detecta possíveis vazamentos de gás. Para o desenvolvimento desta pesquisa foi necessário compreender as seguintes etapas: (i) Revisão de literatura; (ii) Identificação dos dispositivos eletrônicos que farão parte do sistema; (iii) Simulação do protótipo por meio do software Proteus; (iv) Desenvolvimento do protótipo, utilizando recursos de hardware e software; (v) Teste e análise dos resultados.
O Quadro 2 ilustra os softwares utilizados para o desenvolvimento do sistema.
Quadro 2: Softwares utilizados.
| Software | Descrição |
| ARDUINO IDE | Ambiente de desenvolvimento utilizado para a implementação da programação. |
| Proteus | Ambiente de desenvolvimento de projetos elétricos/eletrônicos. Versão: 8.0 |
O Quadro 3 ilustra os componentes de hardware utilizados.
Quadro 3: Hardwares utilizados.
| Hardware | Descrição |
| ESP32 | Microcontrolador utilizado para acionamento do sensor |
| MQ-02 | Sensor de gás |
| Led | Havendo vazamento de gás acende o vermelho, não havendo, acende o verde |
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para criação do protótipo, foi necessário passar por três etapas que serão detalhadas a seguir.
4.1 Simulação do circuito
Por meio do software Proteus foi possível projetar e simular o funcionamento do sistema. A Figura 6 ilustra o projeto.
Figura 6: Projeto de detecção de vazamento de gás utilizando o sensor MQ-2.
Para simulação foi utilizado o sensor de gás MQ-2, dois leds (vermelho e verde) e o Arduino UNO.
4.2 Protótipo
Para a montagem do protótipo, foi necessária uma placa protoboard, o sensor de gás MQ2, um buzzer, uma caixa cooler, 2 leds e o microcontrolador ESP 32. A Figura 7 ilustra a montagem do protótipo. Observa-se que, quando há presença de gás, o led vermelho é acionado.
Figura 7: Protótipo
Para a montagem do protótipo, foi necessário realizar o orçamento para a compra dos dispositivos eletrônicos. O Quadro 4 ilustra a lista com o investimento realizado.
Quadro 4: Orçamento dos dispositivos eletrônicos
Com isso, para a execução deste projeto, foi investido, aproximadamente, R$85.
A Figura 8 ilustra a tela do aplicativo Blynk. Toda comunicação hardware-software foi realizada por meio desse aplicativo.
Figura 8: Aplicativo blynk.
5 CONCLUSÃO
A revisão de literatura foi primordial para selecionar quais dispositivos fizeram parte do projeto. Com isso, obteve-se êxito no desenvolvimento do protótipo. Para melhor entendimento do funcionamento dos dispositivos foi realizada a simulação por meio do software proteus. Essa simulação foi relevante para entender como é realizado as ligações das ferramentas eletrônicas com o microcontrolador.
Dessa forma, o protótipo foi criado com sucesso. O valor investido para a sua criação foi de apenas R$85, um valor, relativamente, pequeno e que irá garantir maior segurança para os moradores de uma residência, evitando possíveis acidentes por causa de possíveis vazamentos de gás. Assim, todos os objetivos traçados foram alcançados com sucesso.
Referências
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Professor do Centro Educacional de Ensino Fundamental e Médio Jair Meneguelli – SESI da Rede Estadual de Educação – SEED/SE. Mestre e doutor em educação1