DOMÓTICA: AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Vitor Lins
[email protected] Waldson Moura
[email protected] UNIBRATEC Av.Marechal Mascarenhas de Morais, 4989, Imbiribeira, RecifePE | CEP 51150002 Resumo Neste artigo abordaremos o poder da tecnologia que utiliza entre outros meios a robótica para controle e automação residencial, como funciona e as suas principais utilizações. O termo “Domótica” é a junção da palavra latina “Domus” (casa) com “Robótica”, vem sendo bastante utilizada atualmente, sejam pelos aspectos de segurança, ou mesmo de conforto. A Domótica pode ser focada em duas arquiteturas diferentes, “ABA Arquitetura Baseada em Automação”, onde o usuário se adapta a automação implantada e a “ABC – Automação Baseada em Comportamento” onde os sistemas de automação devem se adaptar e aprender com os usuários. Faremos uma abordagem dessas duas arquiteturas de sistemas domóticos, mostrando suas características e salientando principalmente o conceito de domótica inteligente. Mostraremos a importância da “I.A. – Inteligência Artificial” no desenvolvimento da arquitetura ABC. Visando extender o conceito de automação residencial, a domótica inteligente, busca inserir em sistemas domóticos tomadas de decisão inteligentes, como por exemplo, gerenciamento de recursos (energia, água, etc.) e controle e solução de falhas, tudo isso partindo da construção de árvores de decisão baseadas no estudo do comportamento dos usuários do sistema. Será feita também uma abordagem sobre alguns dos principais protocolos responsáveis pela comunicação entre os sensores e atuadores nos sistemas domóticos, o X10, o EIB e o LonWorks. Esses protocolos são os mais utilizados atualmente, seja pela sua divulgação, seja pelas suas características técnicas ou pelo fato de terem sido objeto de normalização. Tais protocolos competem entre si, disputando o mercado, porém não existe nenhum que se possa considerar dominante. Palavr aschave: Automação predial, domótica, inteligência artificial, protocolo de comunicação. (Inteligência Artificial) para se adaptar ao comportamento humano; os protocolos utilizados para tornar possível a comunicação entre sensores e atuadores. conhecida como domótica inteligente. conhecida como domótica estática e ABC (Automação Baseada em Comportamento).) And control and troubleshooting failures. These protocols are the most widely used. que faz uso de técnicas de I. the X10. smart home automation. The Home automation can be focused on two different architectures. either by disclosure either by their technical characteristics or because they have been subject to standardization. "ABA Automation Based Architecture". We will approach these two architectures for home automation systems. The term "Home Automation" is the junction of the Latin word "Domus" (home) with "Robots" is being widely used today are the security aspects. competing. home automation. Keywor ds: building automation. such as resource management (energy. water. seus . etc. também serão definidos nesse artigo. showing its features and emphasizing mainly the concept of smart home automation. home automation systems seek to enter into intelligent decision making. where the user adapts to automation and deployed "ABC Automation Based on Behavior" where automation systems must adapt and learn from users.. the EIB and LonWorks. A automação de casas e prédios. é uma área bastante interessante e vem crescendo cada vez mais. Show the importance of "active ingredients Artificial Intelligence on developments in architecture ABC. Aiming to extend the concept of home automation. Such protocols compete.Abstr act In this article we discuss the power of technology that uses robotics and other means to control and home automation. ABA (Arquitetura Baseada em Automação). all based on the construction of decision trees based on the behavior of system users. or even comfort. conhecida como Domótica. artificial intelligence. Diretamente ligada ao controle e automação de residências. how it works and its main uses. Intr odução Este artigo visa explanar todos os conceitos de domótica. but there is none that can be considered dominant. como também de suas aplicações; definem as arquiteturas utilizadas na domótica.A. communication protocol. Will also made an approach on some key protocols responsible for communication between sensors and actuators in home automation systems. 1. ele aciona seu enchimento. da eletrônica e das tecnologias da informação no ambiente residencial. Ao detectar que entramos em casa o sistema aciona o ar condicionado na temperatura comumente utilizada por nós. com o sistema de abertura de porta biométrico.objetivos fundamentais são de oferecer conforto e segurança. ao apertarmos apenas uma tecla no controle remoto universal do sistema. com isso. baixar e subir persianas. Esse pequeno exemplo não é coisa de filme futurista. som e home theater. o mesmo ativará o modo home theater de nossa sala. ligar TV. ligar e desligar luzes em horários programados.A. 2. apenas precisamos colocar o dedo polegar no leitor biométrico instalado na fechadura de nossa porta. que visa sempre à diminuição dos gastos excessivos. diminuindo a luminosidade e ligando nosso equipamento de som. como também suas principais características. e que teremos que descer até a garagem para buscála. assim. e oferecer uma vasta gama de aplicações nas áreas da segurança. 2007). conforto. nossa vontade é chegar em casa e apenas relaxar. já se pode obter isso e muito mais com um sistema domótico implantado em sua residência. liga a TV no canal que sempre assistimos nesse horário e acende as luzes. o item 5 consiste nas considerações finais a respeito do tema em questão e o item 6 contém todas as referências utilizadas nesse artigo. EIB e o LonWorks. A Domótica e sua definição Uma definição mais atual da domótica é a de que esta é a utilização simultânea da eletricidade. fechando persianas. e em alguns casos. O artigo se divide da seguinte forma: No item 2. ganhou em . descreveremos os protocolos de comunicação X10. Após o banho. e fará um comparativo entre elas; no item 4. porém ao chegar na nossa porta. local ou remota. permitindo realizar a sua gestão. (Inteligência Artificial). utilizandose da I. tudo isso é conseguido aplicando se mecanismos automáticos. Isso não é necessário se tivermos um sistema domótico em casa. serão discutidos os conceitos de domótica e sua aplicabilidade; o item 3 explanará suas arquiteturas. com esse simples gesto. percebemos que deixamos as chaves dentro do carro. comunicações e gestão de energia (Mariotoni; Andrade. Um exemplo do que a domótica é capaz: Após um dia cansativo e estressante de trabalho. O sistema domótico armazena as operações mais corriqueiras do usuário. Os sistemas domóticos proporcionam aos usuários um grande número de funcionalidades. teremos a porta aberta. Outro fator bastante importante e atraente na domótica é a gestão do consumo de energia elétrica. vimos no exemplo que o proprietário ganhou em segurança. por exemplo. ele já pode deduzir que iremos utilizar a banheira de hidromassagem na temperatura desejada. entre muitas outras possibilidades. ajustar a temperatura ambiente. sensores de movimento. apresentação WEB. conhecida também como domótica inteligente (Eng et al. trata a automação de residências a partir de dispositivos. A domótica baseada na arquitetura ABC (Arquitetura Baseada em Comportamento). de modo que. Com o uso de protocolos específicos. Um dos trabalhos de pesquisa que foca em domótica inteligente é o do MIT Artificial Intelligence Lab (http://www. difusão. No início. dispositivos biométricos. e ainda ganhou em flexibilidade e modularidade e com a redução do custo do hardware. Com a popularização da internet. os habitantes da residência não tenham que se adaptar ao sistema nem precisar configurálo fazendo com que o mesmo funcione de acordo com as necessidades dos usuários. Ar quitetur as A domótica está dividida em dois tipos de arquiteturas. A domótica que utiliza a arquitetura ABA (Arquitetura Baseada em Automação). 3. 2002). conhecida como domótica estática e a ABC (Arquitetura Baseada em Comportamento). chamada de “Domótica Inteligente” (entendese por domótica inteligente o processo de automação que incorpore algum mecanismo automático de tomada de decisão baseada em técnicas de Inteligência Artificial (Michell. ABA (Arquitetura Baseada em Automação). Porém a alguns anos o custo dos equipamentos vem diminuindo. que integra teoria e aplicação (Brooks. GPRS ou EDGE) com tecnologias de controle de dados accessíveis e padronizados para ajudar a impulsionar a domótica. os equipamentos eram bastante custosos e a mão de obra especializada era difícil. como controles remotos. essa segunda.csail. 1997)) utiliza algoritmos como o ID3.conforto com as inúmeras facilidades obtidas e ganhou em economia com a gerência de energia eficiente. a domótica tornouse mais fácil de utilizar e implantar. novos produtos são lançados aumentando as possibilidades. com isso é possível construir sensores e atuadores para implementar uma arquitetura descentralizada. Tal trabalho é restrito a uma sala de reuniões onde o sistema de domótica inteligente ajuda as pessoas atingirem seus objetivos. o qual veremos mais detalhes nesse tópico.mit. era bastante caro e difícil implantar um sistema domótico. utilizando para isto reconhecimento de fala e percepção visual (visão computacional). . Todos esses ajustados e configurados pelos seus usuários. 1997). novos fabricantes têm surgido e lançado novos produtos e serviços que unem o melhor da internet (baixo custo.edu/). sendo escolhido para ser a raiz de uma Árvore de Decisão. Um exemplo dessas instâncias pode ser “persiana” onde seus atributos seriam “aberta”. 3. O melhor ganho de uma instância significa que a mesma pode dividir o conjunto de treinamento em subconjuntos mais homogêneos do que outras instâncias que possuem valor de ganho menor. o atributo de menor entropia é o que possui maior quantidade de informação. utiliza para criar a árvore de decisão uma fórmula que calcula a entropia de um conjunto de treinamento considerado (entendese por “entropia” a grandeza termodinâmica que mede a parte de energia que não pode ser transformada em trabalho). Essa modificação é feita por diálogos com os visitantes. 1997) é uma técnica de aprendizado que consiste na indução de uma descrição geral a partir de um conjunto de exemplos. Com isso o ID3 consegue decidir quais serão os nós e a raiz da árvore de decisão. A entropia mede a quantidade de informação contida em um atributo. Sendo um dos algoritmos mais simples que generalizam regras no formato de uma árvore de decisão. chamado de conjunto de treinamento. no ID3 cada regra é um conjunto de instâncias. “descer”. onde seus atributos seriam “manhã”.1 O algoritmo ID3 O algoritmo ID3 (Michell.2 Sistema ABC O ID3 aplicado ao sistema de automação implica nas seguintes definições: Conjunto de Treinamento: Cada conjunto de treinamento no sistema ID3 representará um atuador do sistema de automação. “fechada”.Já o sistema Ada (Eng et al. “tarde” e “noite”. porém mais homogêneos. Portanto. da melhor maneira possível. 2002) foca em um outro paradigma de domótica inteligente. O objetivo do sistema Ada é modificar dinamicamente o ambiente de modo a melhorar sua funcionalidade e qualidade. é possível determinar o quanto há de exemplos para cada atributo de resposta. O ID3. O sistema trata o ambiente como um organismo artificial que possui estados emocionais. Quanto menor for a entropia de um atributo. O ID3 classifica cada atributo de cada instância relacionando com cada atributo da resposta. O “tempo” também pode ser outro exemplo de instância. menor será o seu grau de incerteza. que possui certos atributos discretos. o conjunto de treinamento inicial em outros conjuntos de treinamento menores. Com esse cálculo. . “subir”. O sistema deve escolher um atributo como raiz da árvore de decisão que possa separar. 3. Sensores e um Banco de regras criado pelo ID3. Como exemplos de protocolos de comunicação temos o X10 (o mais antigo e usado no mundo inteiro). O sistema ABC. Protocolos de Comunicação Os protocolos de comunicação são a linguagem que permite que os diversos elementos de um sistema domótico (sensores e atuadores) se comuniquem e que se entendam. normalmente são geridos por uma instituição ou associação. .Resposta: Cada atributo de resposta de um conjunto de treinamento no sistema ID3 será um estado do atuador cujo conjunto de treinamento representa. como é o caso da EIBA (European Installation Bus Association) que responde em tudo o que diz respeito ao protocolo EIB ou pela Associação de Fabricantes Lonmark que realiza o mesmo em relação ao protocolo Lonworks (António Roque.: Luminosidade e Temperatura externa. conforme Figura 1. consiste em Atuadores. 4. Figur a 1: O sistema ABC. Todos estes protocolos de comunicação tornaramse verdadeiros padrões.com). Ex. www. Já os sensores do grupo sensores2 agem sem a interferência humana. Instâncias e atr ibutos: Cada sensor de um sistema de automação é uma instância cujos atributos formam o status deste sensor. Na figura acima. o EIB e o LonWorks. Ex.: interruptor luz e interruptor Arcondicionado. os sensores1 formam o grupo de sensores que agem diretamente com os atuadores e que podem sofrer interferência humana em seu status.acasainteligente. 4. O protocolo X10. O EIB possui uma arquitetura descentralizada.3 O Pr otocolo LonWorks . 4. ou seja.htm). Ao usar as linhas elétricas da residência.2 O Pr otocolo EIB (Eur opean Installation Bus) O EIB é um protocolo de comunicação desenvolvido por um conjunto de empresas líderes no Mercado Europeu de material elétrico com o objetivo declarado de criar um sistema que constitua uma barreira às importações de produtos e sistemas semelhantes que estavam e estão sendo produzidos nos mercados Japonês e dos Estados Unidos onde estas tecnologias possuem um grau de maturidade superior ao produzido na Europa. Foi desenvolvido entre 1976 e 1978 com o objetivo de transmitir dados por linhas de baixa tensão (110V nos EUA e 230V na Europa) a muito baixa velocidade (60 bps no EUA e 50 bps na Europa) e com custos muito baixos. os circuitos integrados que implementam o X10 não tem royalties (http://albt. Assim sendo. os produtos X10 têm um preço muito competitivo sendo líder no mercado residencial Norte Americano com as instalações a serem realizadas por eletricistas sem conhecimentos de automação ou informática ou até pelos próprios utilizadores. qualquer fabricante pode produzir dispositivos X10 e oferecêlos ao público sem pagamento de taxas relativas a patentes. teve sua patente expirada.com/x10. O objetivo era criar um padrão Europeu que permita a comunicação entre todos os dispositivos de uma instalação. não se torna necessário ter novos cabos para ligar os dispositivos. esteja ela numa casa ou num edifício de escritórios. o que permite distribuir a inteligência entre os sensores e atuadores instalados. O EIB transmite dados através de cabo telefônico. sinal de radiofreqüência e por infravermelho. e ao contrário do que sucede com a firma Echelon Corporation e o seu Neuron Chip que implementa o Lonworks e que tem uma filosofia muito aproximada.1 O protocolo X10 O X10 é o protocolo mais antigo usado nas aplicações domóticas. redes Ethernet.tripod. 4. Graças ao seu amadurecimento (mais de 20 anos no mercado) e à tecnologia implementada. Ele define uma relação elemento – a – elemento entre os dispositivos. 5. Carlos José G.pdf >. Os protocolos responsáveis por tornar possível a comunicação entre atuadores e sensores foram mostrados de forma clara e objetiva neste artigo. os dispositivos LonWorks não têm tido grande implementação nas casas.A Echelon Corporation apresentou a tecnologia LonWorks no ano 1992 e desde então múltiplas empresas têm vindo a usar para implementar redes de controle distribuídas e automatizadas. Refer ências · Marcelo Takiuchi. Devido ao seu custo. Um ambiente de Avaliação de Algoritmos de Aprendizado de Máquina utilizando exemplos. Segundo a Echelon. Universidade de São Paulo. G. que permite distribuir a inteligência entre os sensores e os atuadores instalados e que cobre desde o nível físico até ao nível de aplicação a maioria dos projetos de redes de controle. o que permite reduzir os custos e aumentar a flexibilidade da aplicação de controle distribuída. o LonWorks é um sistema aberto a qualquer fabricante que queira usar esta tecnologia sem depender de sistemas proprietários. Apesar de estar desenhada para cobrir todos os requisitos da maioria das aplicações de controle. conhecido como domótica. Considerações finais Este artigo visou apresentar o modelo de um sistema de automação predial e residencial. devese a que desde a origem oferecem uma solução com arquitetura descentralizada.E.. que adapta e remodela suas regras conforme o comportamento do habitante (usuário) do sistema ou por meio da interação do próprio usuário. São Carlos. Domótica Inteligente: Automação Baseada Em Comportamento Disponível em: < http://www. (1997) · Ferreira. · Batista.br/~flaviot/pub_arquivos/cba2004_Final.fei. O êxito que o LonWorks tem tido em aplicações profissionais nas quais importa muito mais a confiabilidade e a robustez que o preço em si. sobretudo porque existem outras tecnologias com funcionalidades iguais e muito mais baratas. 2009. extremoaextremo. hotéis e indústrias. Dissertação (mestrado). e como implementam o conceito de domótica inteligente aplicando técnicas de inteligência artificial através do algoritmo ID3. Acesso em: 14 nov. 6. Érica Melo E Flavio Tonidandel. Disponível em: . Automação Residencial Com Domótica.edu. Apresentamos também as arquiteturas existentes e como elas funcionam. só tem tido êxito a sua implementação em edifícios administrativos. Acesso em: 06 nov.html>.artigonal. .< http://www.2009.com/destinosdeviagemartigos/automacaoresidencial domotica369823.