INTERFACEAMENTO UNIDADE 1

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<p>Integração</p><p>de Sistemas</p><p>Responsável pelo Conteúdo:</p><p>Prof. Esp. Márcio Belloni</p><p>Revisão Textual:</p><p>Prof.ª Me. Sandra Regina Fonseca Moreira</p><p>Introdução à Integração de Sistemas</p><p>Introdução à Integração de Sistemas</p><p>• Ambientar o aluno aos conceitos basilares de integração de sistemas.</p><p>OBJETIVO DE APRENDIZADO</p><p>• Introdução;</p><p>• Conceito de Integração de Sistemas;</p><p>• A Automação;</p><p>• IoT Aplicada aos Sistemas de Controle;</p><p>• Proposta de Metodologia Ativa (Simulação de Automação Residencial).</p><p>UNIDADE Introdução à Integração de Sistemas</p><p>Introdução</p><p>Os diversos sistemas existentes em um ambiente são conectados pelas redes,</p><p>e costumam ser controlados por um sistema de processamento central, que pode se</p><p>utilizar de soluções tecnológicas de ponta, como a inteligência artificial, para melhorar</p><p>processos e auxiliar o ser humano nos afazeres e responsabilidades.</p><p>A palavra Domótica é a junção da palavra latina Domus (casa) e do termo Robó-</p><p>tica (ANGEL, 1993). O significado está relacionado à instalação de tecnologia em</p><p>residências, principalmente através de dispositivos eletrônicos e eletroeletrônicos,</p><p>com o objetivo de melhorar a qualidade de vida, aumentar a segurança e viabilizar o</p><p>uso racional dos recursos para seus habitantes. Existem outras denominações para a</p><p>Domótica, entre elas estão “Edifício Inteligente”, “Casa Inteligente”, “Ambiente Inte-</p><p>ligente”, entre outros. Domótica é um novo domínio de aplicação tecnológica, tendo</p><p>como objetivo básico melhorar a qualidade de vida, reduzindo o trabalho doméstico,</p><p>aumentando o bem estar e a segurança de seus habitantes, visando também uma</p><p>utilização racional e planejada dos diversos recursos (ANGEL, 1993).</p><p>Para gerenciar de maneira eficiente os diversos dispositivos e atuadores de uma</p><p>residência, muitos dados devem ser computados e várias tarefas complexas são exe-</p><p>cutadas. Uma residência inteligente contém um sistema para gerenciar todo tráfego</p><p>de informação, bem como um sistema de controle dos equipamentos, permitindo um</p><p>maior conforto com menor gasto de energia (BOLZANI, 2004b).</p><p>O sistema que integra todos os dispositivos para automatizar e controlar uma</p><p>residência é o sistema domótico. Tal sistema é composto por vários elementos, den-</p><p>tre eles os atuadores, sensores, controladores, rede de dados, ou rede domótica, e</p><p>interface com o usuário.</p><p>Os primeiros sistemas domóticos eram pouco flexíveis, caros, não seguiam padro-</p><p>nizações, basicamente, utilizavam sensores (dispositivos que transformam parâme-</p><p>tros físicos como temperatura, umidade, entre outros, em sinais elétricos apropriados</p><p>para que os sistemas domóticos possam analisá-los) e atuadores (são dispositivos ele-</p><p>tromecânicos que têm suas características alteradas conforme os impulsos elétricos</p><p>recebidos) ligados a um controlador (BRETERNITZ, 2001).</p><p>Desenvolver os diversos controles de uma residência em um só sistema é uma ta-</p><p>refa difícil. Por este motivo, a gestão da residência é dividida em vários subsistemas,</p><p>responsáveis cada um por operações bem específicas, os quais são gerenciados por</p><p>um controlador central.</p><p>Os vários subsistemas de um sistema domótico atuam cada qual especificamente</p><p>em um campo de controle. Os principais campos são (BOLZANI, 2004a):</p><p>• Energia Elétrica: monitora a energia da residência e atua com alternativas na</p><p>falta dessa;</p><p>• Ar-condicionado: controla a temperatura e ventilação da residência;</p><p>8</p><p>9</p><p>• Iluminação: controla as lâmpadas, atuando também na diminuição de consumo</p><p>de energia;</p><p>• Segurança e alarme: monitora a intrusão da residência;</p><p>• Combate a incêndio: monitora a presença de fumaça e fogo;</p><p>• Multimídia: controla funções de vídeo e áudio;</p><p>• Água e dejetos: monitora o abastecimento de água e os dejetos e lixo;</p><p>• Interface do usuário: atua na interação com o usuário, permitindo entrada e</p><p>saída de informações;</p><p>• Controle de Acessos: controla entradas (portas e portões).</p><p>Atualmente, os sistemas são informatizados e computadorizados.</p><p>Conceito de Integração de Sistemas</p><p>Sistemas são conjuntos de integrantes que processam sinais de entrada e geram</p><p>sinais de saída. Esses processos são descritos por operações matemáticas simples ou</p><p>complexas, como ganhos, ou a Transformada de Fourrier. Desta forma, os sistemas</p><p>são conjuntos que processam sinais e emitem sinais como resultado deste proces-</p><p>samento. Assim, integrar sistemas significa unir diversos sistemas distintos entre si,</p><p>porém conectados de forma a se comunicar influenciando uns aos outros.</p><p>A Automação</p><p>Com as mudanças globais e tecnológicas, cada vez mais temos a presença das</p><p>máquinas facilitando a vida das pessoas e trazendo comodidade e conforto. Para se</p><p>viabilizar esses sistemas integrados que proporcionam esse conforto e segurança ao</p><p>ser humano, faz-se uso de comandos lógicos programáveis e de equipamentos meca-</p><p>nizados na substituição das atividades manuais que envolvem tomadas de decisão e</p><p>comandos-resposta de seres humanos, criando-se assim a automação.</p><p>Desta forma, entende-se por automação “a possibilidade da substituição de atos</p><p>e decisões humanas, por atos e decisões efetuadas por computadores, devidamente</p><p>alimentados de informações, no comando de determinados dispositivos, geralmente</p><p>em processos repetitivos, ou que exijam esforços físicos, reduzindo a possibilidade de</p><p>erros nas decisões sujeitas à emoção, cansaço, dúvida, tempo e inexperiência, entre</p><p>outras razões ” (BARBOSA, 2006, p. 6).</p><p>Surgido na indústria, o conceito de automação objetivava a substituição da mão</p><p>de obra humana por máquinas e sistemas de controle, cabendo às máquinas e aos</p><p>sistemas a supervisão e otimização do controle dos processos, a fim de aumentar</p><p>a produtividade e também a qualidade da produção. Na década de 1980, passou a</p><p>9</p><p>UNIDADE Introdução à Integração de Sistemas</p><p>ser empregada em edificações, trazendo benefícios como segurança, conforto pes-</p><p>soal e uso racional de energia (MONTEBELLER, 2006). A automação aplicada às</p><p>edificações trouxe a ideia de edifício inteligente, no qual a estrutura, os sistemas, os</p><p>serviços e a gestão são otimizados, a fim de proporcionar um ambiente produtivo e</p><p>economicamente racional.</p><p>Figura 1 – Robôs industriais em uma linha de produção</p><p>Fonte: Wikimedia Commons</p><p>A mecanização, historicamente, ajudou aos humanos na realização de tarefas que</p><p>exigiam habilidades físicas, como o uso dos mecanismos de temporização para dis-</p><p>parar a lingueta da alavanca de uma catraca. A automação, contudo, vai além da me-</p><p>canização porque reduz a necessidade de envolvimento sensorial e mental humano,</p><p>sendo, sobretudo, essencial na otimização da produtividade.</p><p>No início da automação, os dispositivos de controle eram eletromecânicos por</p><p>natureza. A parte lógica era feita por meio de relés e temporizadores intertravados, e</p><p>a intervenção humana acontecia em alguns pontos que exigiam tomadas de decisão.</p><p>Era possível realizar sequências simples de movimento lógico, como ligar e desligar</p><p>motores e atuadores por meio de relés, temporizadores, botões, posicionados mecâ-</p><p>nicos e sensores.</p><p>Com o surgimento dos computadores e dos dispositivos de hardware, esses contro-</p><p>les se tornaram menores, mais flexíveis e com menor custo de aplicação e modificação.</p><p>Desenvolvidos nas décadas de 1970 e 1980, pela Modicon, os primeiros Contro-</p><p>ladores Lógicos Programáveis surgiram em resposta ao desafio proposto pela GM: o</p><p>desenvolvimento de um hardware que substituísse a lógica de relé com fio. À medida</p><p>em que a tecnologia evoluiu e aumentou o número de empresas de automação no</p><p>mercado, novos produtos de controle foram sendo desenvolvidos. Hoje em dia, há</p><p>inúmeros dispositivos de controle lógicos computadorizados, desenvolvidos por cen-</p><p>tenas de fabricantes para atender à indústria.</p><p>10</p><p>11</p><p>Claramente então, observa-se que a automação possui vantagens significativas:</p><p>• O trabalho pesado ou monótono pode ser substituído;</p><p>• As tarefas em ambientes perigosos, como aqueles com temperaturas extremas</p><p>ou atmosferas radioativas e tóxicas, podem ser</p><p>substituídos;</p><p>• As tarefas que estão além da capacidade humana podem ser facilitadas (a mani-</p><p>pulação de elementos minúsculos ou as exigências para se fabricar um produto</p><p>de forma muito rápida ou muito lenta, entre outras);</p><p>• As grandes produções são mais rápidas e os custos de mão de obra são menores</p><p>por produto em comparação com as operações manuais equivalentes;</p><p>• Os sistemas de automação conseguem incorporar facilmente inspeções e veri-</p><p>ficações, o que reduzir o número de produtos fora do padrão de produção,</p><p>permitindo o controle estatístico de processo que resultará em produtos mais</p><p>consistentes e uniformes;</p><p>• A automação serve como catalisador para a melhoria da economia das empre-</p><p>sas e da sociedade, por exemplo, o produto nacional bruto e o padrão de vida</p><p>da Alemanha e do Japão aumentaram drasticamente no século XX, em grande</p><p>parte por terem incorporado a automação na produção, já que sistemas de auto-</p><p>mação não ficam doentes.</p><p>Contudo, existem desvantagens que podem ser apontadas com a automação:</p><p>• A tecnologia atual ainda não é capaz de automatizar todas as tarefas e existe ainda</p><p>um custo considerável na automatização. A pesquisa e desenvolvimento de automa-</p><p>ção são processos complexos e os custos iniciais de automação são consideravel-</p><p>mente altos, uma vez que a manutenção de sistemas de automação é especializada.</p><p>Figura 2 – A domótica é uma realidade</p><p>Fonte: Pixabay</p><p>A automação em edifícios (domótica) proporciona seu melhor funcionamento.</p><p>Em uma escala maior (nas cidades), utilizando-se das telecomunicações e aliada ao</p><p>processo de gestão urbana, a automação também pode trazer benefícios à vida dos</p><p>cidadãos. Temos, então, outro conceito: o de cidades inteligentes, ou smart cities.</p><p>IoT Aplicada aos Sistemas de Controle</p><p>Se pararmos para analisar, há algum tempo, o uso da conexão com a internet</p><p>era realizado apenas para acesso a sites ou para pesquisas simples. O avanço</p><p>11</p><p>UNIDADE Introdução à Integração de Sistemas</p><p>tecnológico é tão grande que, às vezes, passa despercebido, e o uso de recursos</p><p>acaba tornando-se comum. O termo Internet das Coisas, em inglês, Internet of</p><p>Things (daí vem o uso constante da sigla IoT para nos referirmos ao assunto), res-</p><p>salta uma situação bastante comum no nosso cotidiano, o uso da internet, mas</p><p>com uma diferença: o uso da internet por dispositivos que, com o tempo, também</p><p>se sofisticaram, como relógios, automóveis, smarthphones. A IoT abre oportunida-</p><p>des para a criação de novos tipos de serviços e até aplicações de mercado em mas-</p><p>sa, como as cidades inteligentes, nas quais diversos elementos urbanos são inter-</p><p>ligados por sistemas, visando eliminar congestionamentos, reduzir filas, melhorar</p><p>o transporte, gerenciar melhor a geração e distribuição de energia, atendimentos</p><p>à saúde, policiamento e outras coisas mais (FACELI et al., 2011). A IoT implica</p><p>numa relação simbiótica entre o mundo físico e o mundo digital, com entidades</p><p>físicas tendo, também, sua única entidade digital, podendo comunicar-se com essa</p><p>e interagir com outras entidades do mundo virtual, sejam essas outros objetos ou</p><p>pessoas (TAURION, 2013).</p><p>Na casa conectada por IoT, um sistema de rega de jardins pode monitorar e irrigar plan-</p><p>tas e ser conectado e controlado por um aplicativo no smartphone. Num sistema mais</p><p>complexo, o sistema de rega seria conectado ao utilitário de abastecimento de água e</p><p>usaria serviços em nuvem inteligentes, combinando previsões do tempo e preços para</p><p>minimizar custos. Em tempos da seca, o sistema pode priorizar o uso limitado de água</p><p>para plantas mais valiosas.</p><p>As tecnologias de Big Data permitem que a informação seja trabalhada antes de</p><p>ser otimizada, racionalizada ou relacionada. Isso, com análise avançada, permite</p><p>fazer e responder a algumas perguntas de ciclo muito curtos (TAURION, 2013).</p><p>O uso de Big Data é aplicado com o objetivo de detectar padrões nos dados e in-</p><p>formações obtidas e, com isso, possibilitar que as empresas consigam desenvolver</p><p>produtos e serviços atendendo aos perfis de seu público-alvo. Com a ascensão no</p><p>uso de tecnologias, as empresas estão cada vez mais adotando modelos de negócio</p><p>baseados na monetização de dados pessoais dos seus clientes.</p><p>A IoT abre uma infinidade de novas oportunidades de negócios para todos que</p><p>tendem a se enquadrar em três categorias estratégicas amplas, cada uma refletindo</p><p>um tipo diferente de empresa:</p><p>• Enablers: empresas orientadas para a tecnologia, como Cisco, Google, HP,</p><p>IBM e Intel, que desenvolvem e implementam a tecnologia subjacente;</p><p>• Engagers: que projetam, criam, integram e fornecem serviços de IoT (como</p><p>Nest Learning Thermostar, Apple HomeKit, Hue, Tagg, Moj. io e Sentity)</p><p>para clientes;</p><p>• Melhoradores: que criam seus próprios serviços de valor agregado, além dos</p><p>serviços fornecidos pelos Engagers, que são exclusivos da IoT (como o OnGarm</p><p>e o Instantâneo, da Progressive) (SANTOS, 2018).</p><p>12</p><p>13</p><p>Figura 3 – A domótica é uma realidade</p><p>Fonte: Piqsels</p><p>Um fator importante que não devemos esquecer é o de que as informações e os dados</p><p>são os bens mais valiosos para as empresas e para nós, consumidores/usuários!</p><p>Imagine se seus dados pessoais caem na rede, como senhas de cartões de crédito,</p><p>e-mail, dentre outros. Por esse e outros motivos, o uso da IoT é bastante questioná-</p><p>vel pelo meio científico. Para seu uso efetivo, deve garantir privacidade e segurança,</p><p>usabilidade na medida certa, ou seja, não deve ser utilizada a ponto de interferir no</p><p>cotidiano das pessoas, assim como deve ser compatível com diversos dispositivos e</p><p>contextos. Apesar disso, ultimamente, tem-se tornado mais usual vermos notícias</p><p>relatando vazamento de dados em redes sociais e ataques a empresas de tecnologia.</p><p>Big Data (megadados, ou grandes dados, em português) é a área do conhecimento que estuda</p><p>como tratar, analisar e obter informações a partir de conjuntos de dados grandes demais para</p><p>serem analisados por sistemas tradicionais. Ao longo das últimas décadas, a quantidade de dados</p><p>gerados tem crescido de forma exponencial. O surgimento da Internet aumentou de forma abrup-</p><p>ta a quantidade de dados produzidos, e a popularização da Internet das coisas nos fez sair da era</p><p>do terabyte para o petabyte. Em 2015, entramos na era do zetabyte, e atualmente, geramos mais</p><p>de 2,5 quintilhões de bytes diariamente. Os equipamentos de domótica, por meio da IoT pode usar</p><p>esses dados para se especializar, e colocar toda esta informação à disposição do usuário.</p><p>Proposta de Metodologia Ativa</p><p>(Simulação de Automação Residencial)</p><p>Como um novo parâmetro na pedagogia, a didática de metodologias ativas preo-</p><p>cupa-se com o aprendizado firme e duradouro, no qual o aluno aprende fazendo, e</p><p>pode concluir ele mesmo, com seus próprios atos e teorias. É reconhecido pela comu-</p><p>nidade científica que o aluno, dentro de metodologias ativas, aprende mais e melhor.</p><p>13</p><p>UNIDADE Introdução à Integração de Sistemas</p><p>Desta forma, iremos agora apresentar a proposta para as próximas unidades de</p><p>conteúdo. Nelas, serão apresentados os sensores e atuadores mais conhecidos em</p><p>automação residencial. Será verificada a integração entre esses sistemas sensores e</p><p>atuadores, e sua conexão com a central de processamento que será providenciada e</p><p>programada nesta disciplina.</p><p>Após, será verificada a utilização e programação de um sistema SCADA, que</p><p>servirá como interface e se comunicará com os demais sistemas.</p><p>Figura 4 – A domótica é uma realidade</p><p>Fonte: Wikimedia Commons</p><p>14</p><p>15</p><p>Material Complementar</p><p>Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:</p><p>Sites</p><p>Arduino</p><p>https://bit.ly/2YyHh2Q</p><p>Vídeos</p><p>O que é o software SCADA</p><p>https://youtu.be/K6g2hzqSrDg</p><p>SMARTIF – Sistema de Domótica</p><p>https://youtu.be/pNteqS4RA-I</p><p>Leitura</p><p>Arduino</p><p>https://bit.ly/2UHUi91</p><p>15</p><p>UNIDADE Introdução à Integração de Sistemas</p><p>Referências</p><p>ANGEL, P. M. Introducción a la domótica; Domótica: controle e automação.</p><p>Escuela Brasileño-Argentina de Informática. EBAI. 1993.</p><p>BARBOSA, L. A. G. Edificações inteligentes:</p><p>conceitos e considerações para o</p><p>projeto de arquitetura. 2006. 129 f. Dissertação (Mestre em Ciências em Arqui-</p><p>tetura) – Programa de Pós-Graduação em Arquitetura, Faculdade de Arquitetura e</p><p>Urbanismo, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2006.</p><p>BOLZANI, C.A.M. Desenvolvimento de um simulador de controle de dispositi-</p><p>vos residenciais inteligentes: uma introdução aos sistemas domóticos. Dissertação</p><p>(mestrado), Universidade de São Paulo. 2004.</p><p>BRETERNITZ, J. V. Domótica: as casas inteligentes. Disponível em: <http://www.</p><p>widebiz.com.br/gente/vivaldo/domotica.html>. Acesso em: 20/05/2006.</p><p>FACELI, K. et al. Inteligência artificial: uma abordagem de aprendizagem de</p><p>máquina. Rio de Janeiro: LTC, 2011.</p><p>MONTEBELLER, S. J. Estudo sobre o emprego de dispositivos sem fios: wireless</p><p>na automação do ar condicionado e de outros sistemas prediais. 2006. Dissertação</p><p>(Mestrado) – Universidade de São Paulo, 2006.</p><p>SANTOS, S. Introdução à IoT: desvendando a internet das coisas. Scotts Valley:</p><p>CreateSpace, 2018.</p><p>TAURION, C. Big Data. Rio de Janeiro: Brasport, 2013.</p><p>TEZA, V. R. Alguns Aspectos Sobre A Automação Residencial – Domótica.</p><p>Dissertação. UFSC. Santa Catarina, 2002. Documento eletrônico. Disponível em:</p><p><https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/83015/212312.</p><p>pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 13/02/2020.</p><p>16</p>