Sistemas domóticos consistem em edifícios, residências e escritórios, i.e. locais habitados cujas demandas típicas são: conforto ambiental, uso controlado e parcimonioso da energia, controle ou registro de acesso, segurança e integridade de instalações, equipamentos e ocupantes, serviços de entretenimento e comunicação. Para se alcançar estas demandas é necessário projetar sistemas de automação e controle que viabilizem monitoração, atuação (ar condicionado, acionamento de lâmpadas) e registro de eventos (acesso não autorizado, alarmes) e se possível indicar opções de ação para a intervenção humana no sistema visando o uso parcimonioso da energia e de recursos dos ambientes domóticos. Um sistema de controle é composto por uma PLANTA (e.g. casa), um CONTROLADOR, SENSORES e ATUADORES. Em edifícios e residências os sistemas elétricos, normalmente dedicados, de iluminação, comunicação e acionamento de equipamentos elétricos formam um emaranhado normalmente embutido em paredes. Neste projeto experimenta-se o conceito de rede de sensores sem fio (RSSF), i.e. uma rede de nós de módulos microcontrolados espalhados por vários pontos distintos comunicando-se entre si via RF (Rádio Freqüência) para viabilizar a automação do ambiente. O controle remoto de temperatura foi testado usando-se módulo didático (forno elétrico ventilado), controlado de uma estação supervisora (computador) que monitora simultaneamente variáveis ambientais (temperatura, umidade relativa e intensidade luminosa).

A RSSF viabiliza o monitoramento remoto de ambientes, distribuindo o processamento sem a necessidade de cabeamento. O módulo microprocessado usado é o Tmote sky, baseado no microcontrolador MSP430F1611 e no circuito de rádio CC2420 (IEEE 802.15.4, ZigBee). Cada módulo possui 8 canais ADC (resolução 12 bits), 2 canais DAC, relógio de 8MHz e entradas e saídas digitais configuráveis. Para a programação do Tmote sky utiliza-se o sistema operacional TinyOS, estruturado para plataformas de nós sensores microcontrolados com baixa capacidade de processamento e consumo de energia, possuindo em seu núcleo, interfaces e bibliotecas dedicadas à abstração do hardware do Tmote sky. A linguagem de programação do TinyOS, nesC, é uma extensão do C, contendo estruturas para gerenciamento de rede e processamento distribuído. Estruturado com objetos, a programação em nesC consiste na conexão de interfaces e módulos de programas, que encapsulam a complexidade do hardware e de funcionalidades como temporização e aquisição de dados. No projeto implementou-se uma RSSF com 4 módulos remotos monitorando temperatura, umidade e luminosidade, um módulo base de RF no computador (PC). Outro módulo remoto foi programado para controlar a temperatura de um forno elétrico (lâmpada de 100W), com ventilação forçada. A ação de controle PI (Proporcional e Integral) implementada neste módulo, utiliza um atuador PWM, consistindo num relé de estado sólido (TRIAC) opto-isolado, no qual 5V liga e 0V desliga.

Foram realizadas várias medições simultâneas de temperatura, umidade e luminosidade utilizando os sensores embutidos no Tmote sky em pontos diferentes do LEACOPI, para se caracterizar o comportamento das variáveis ambientais do laboratório. A instalação dos módulos, que operam com 2 baterias AA por períodos de até 1 ano, é simples e demonstra a flexibilidade dos módulos para o monitoramento remoto. O esquema de controle utilizando os módulos foi avaliado usando-se um forno elétrico tendo em vista que o sistema de ar condicionado ainda não estava disponível. Ressalta-se, porém, que a atuação no controle da temperatura da sala utilizará os mesmos algoritmos usados para o controle do forno. Para o controle do forno elétrico foi programado um aplicativo para o Tmote sky cuja função é medir a temperatura, comparar com a referência remota e calcular a ação de controle que determina o acendimento ou não da lâmpada que aquece o forno. A sintonia do controlador PI foi feita a partir do modelo obtido com a resposta a degraus na entrada do forno. Contendo dois atuadores, lâmpada para elevar a temperatura e ventilador para resfriar, o forno caracteriza-se como sistema bi-linear, i.e., um sistema que apresenta comportamento linear diferenciado para cada situação, aquecimento e resfriamento. Os parâmetros de sintonia do controlador podem ser modificados em tempo real e remotamente, bem como a referencia de temperatura.

O controle remoto utilizando rede de sensores e atuadores sem fio viabiliza a implementação de sistemas de automação predial e residencial com enorme flexibilidade e a baixo custo. O impacto das informações e inteligência (dados interpretados localmente) que resultam da incorporação aos sistemas domóticos de módulos microprocessados é considerável e abre novas perspectivas devido ao baixo custo dos módulos e as funcionalidades viabilizadas sem necessidade de alteração em edificações (e.g. cabeamento embutidos). Neste trabalho ilustra-se o uso de módulos microprocessados na monitoração de variáveis ambientais e a enorme flexibilidade e facilidade de instalação, inclusive de camuflagem dos módulos se desejável. Demonstra-se com o uso de um planta didática de controle de temperatura os mecanismos e algoritmos necessários para se atuar em sistemas domóticos, como ar condicionado e iluminação. Ilustra-se também a necessidade de sistematização e aplicação vantajosa de técnicas de controle de processo, como controle PI e modelamento matemático de plantas, na busca de otimização e uso parcimonioso da energia.