Cafofo Hightech

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Cafofo Hightech
Cafofo Hightech é um projeto de automação residencial utilizando a plataforma Arduino. Sou um grande admirador e usuário de tecnologia e cada vez mais a internet das coisas IoT e automação residencial estão ficando mais fáceis e acessível. Não pude perder a oportunidade de entrar nesse mundo. Na época, minha namorada eu decidimos comprar um apartamento que ainda estivesse na fase inicial de construção, pois gostaríamos de realizar algumas personalizações caso fosse necessário. Quebramos parede, juntamos um quarto com a sala e também alterações na parte elétrica. Na época meu conhecimento em elétrica e eletrônica era muito básico, então eu também tinha um tempo para o desenvolvimento e estudo até o apartamento ficar pronto. Por esse motivo resolvi compartilhar o processo e também os códigos fontes. Tanto os códigos que utilizei, quanto um código mais simples para facilitar a reprodução e entendimento, sinta-se livre para copiar, adaptar esse projeto.

Objetivos

Controlar através do celular/tablet/computador:

  • Algumas lâmpadas: liga/desliga
  • Iluminação de fitas LED
  • Monitorar a temperatura ambiente da sala e quarto
  • E o principal, se esse projeto não funcionasse, o que era possível hehe, todas as lâmpadas deveriam continuar funcionado através dos interruptores das parede, mesmo que o sistema de automação estivesse completamente desligado.
Dessa forma comecei a estudar várias e a montar pequenos laboratórios testando cada
etapa, pois tinha vários desafios.
Veja o vídeo do projeto final:

Componentes

Os componentes aqui utilizados foi a minha melhor opção na época de acordo com custo, estudo e necessidade. Provavelmente se fosse fazer novamente, algumas coisas seriam diferentes, viva a melhoria contínua :ˆ)

  • Arduino Mega 2560
  • Ethernet Shield
  • MicroSD 2GB
  • Fita LED
  • Placa com 8 relês
  • Sensor de temperatura – DS18B20
  • Lâmpadas LED
  • Transistor TIP120
  • Resistores
  • 3 fontes (12V e 5A), (9V e 1A) e (5V e 3A)
  • Caixa de passagem elétrica de parede CPT 30 embutir (Tigre)
  • Cabos de rede cat5
  • Borne ceramico
  • Interruptores paralelos
  • Pistola de cola quente
  • Muito tempo de programação

Arduino

Escolhi utilizar o Arduino Mega 2560, por causa da quantidade de pinos e memória que ele possui, mas é possível utilizar qualquer um da família que tenha suporte a ethernet. Um grande desafio que enfrentei ao utilizar o Arduino + Ethernet Shield, foi em como hospedar a página web de controle, pois para isso foi preciso, criar um servidor HTTP, tratar os request e reply. Existem vários exemplos de como fazer isso na internet, mas a maioria é uma mistura de código C, JavaScript, HTML, CSS, loucura total, enfim depois de muita pesquisa e testes descobrir uma forma de utilizar o cartão SD para armazenar imagens, JavaScript, HTML e CSS. Para facilitar, eu poderia utilizar outras placas com BeagleBone, PCDuino ou até mesmo o RaspBerry Pi, mas como gostos de desafios, tive que dar um jeito.

Lâmpadas

Para controlar as lâmpadas precisei estudar como fazer para o Arduino controlar corrente alternada, então precisei estudar sobre relê (relay). Acabei encontrando e utilizando uma placa que com o circuito pronto para 8 relês, ou seja poderia controlar até 8 grupos de lâmpadas.
Nem todas as lâmpadas do apartamento são controladas pelo Arduino, somente sala e quarto. Para economizar energia escolhi utilizar lâmpadas LED mas também acabei utilizando 2 fluorescente, no total foram:
  • Lâmpadas LED: 18
  • Fluorecente: 2
As lâmpadas foram separadas por grupos, cada grupo utiliza um relê:
  • Relê1 = Aparador: 2 LED
  • Relê2 = Central: 2 fluorecente
  • Relê3 = Sofá: 8 LED
  • Relê4 = Parede de tijolo: 2 LED
  • Relê5 = Nichos: 1 LED
  • Relê6 = Bancada: 3 LED
  • Relê7 = Quarto: 2 LED
  • Relê8 = Reservada para uso futuro
Essa placa com 8 relê precisa de alimentação 5V e quando todos os relês estão ativados ele consome mais do que o Arduino pode fornecer, ou seja, não alimente essa placa pelo Arduino, dessa forma utilizei uma fonte 5V e 1A somente para alimentar os relês, desmontei a parte de plástico colei no fundo da caixa da parede, lembrando que é preciso ligar o GND ao Arduino.
Veja como ficou ligado:

Fita LED

Utilizei 3 pedaços de fita LED
  • No quarto (2m)
  • No gesso em cima da mesa da cozinha (4m)
  • Na parede de tijolo da sala (3m)
O consumo das fitas LED é 200mA por 1 metro.

Os pinos do Arduino trabalham com até 5V e 40mA ou seja, muito abaixo do que é necessário para controlar as fitas LED, então precisei estudar sobre transistores. Acabei um transistor NPN que trabalha com tensão de até 60V e corrente de 5A, chamado TIP120, utilizei um para cada fita LED juntamente com um resistor XXXX. Dessa forma é possível controlar a alta tensão 12V através dos pinos PWM do Arduino com baixa tensão, a sacada é o TIP120 fazendo essa ponte.

O esquema do circuito como deve ser:
IMAGEM DO CIRCUITO
Circuito final
IMAGEM DO PLACA

Sensor de temperatura

Para monitorar a temperadura da sala e quarto, experimentei os sensores DS18B20 e DHT11, ambos digitais, acabei escolhendo o DS18B20 por ser mais preciso. Ele mede faixa de temperatura entre: -55°C a +125°C com +- 0.5°C precisão. O DS18B20 utiliza um protocolo chamado 1-wire, que resumidamente é possível utilizar até 127 sensores em apenas 1 cabo para transferir/receber dados, cada sensor nesse cabo possui um endereço único para a identificação. No projeto acabei utilizando um cabo para cada sensor pois estão em cômodos diferentes e não tem nenhum cabo passando por ambos. Comprei o DS18B20 na PCB já com resistor e LED. Para utilizar esse sensor é preciso saber em qual endereço ele está, para isso utilizei esse código.

Ideias futuras

Este projeto contempla as minhas necessidades da época, é possível adicionar módulos e adaptar de acordo com a sua necessidade. Seguem algumas idéias.

  • Utilizar um sensor de presença (PIR) como alarme
  • Abrir/fechar portões elétricos
  • Despertador (acender algumas lâmpadas)
  • Abrir cortinas
  • Controlar ar condicionado (led infra vermelho)
  • Controlar televisão (led infra vermelho)
  • Controlar a porta por impressão digital

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