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AUTOMAÇÃO PREDIAL WIRELESS EM AMBIENTE COM CARGAS TÉRMICAS COMPARTILHADAS
PAULO A. FERREIRAPEDRO R. M. FILHO
YURI F. G. DIASADOLFO BAUCHSPIESS
UNB - Universidade de BrasiliaDepartamento de Engenharia Elétrica
GRAV - Grupo de Robótica, Automação e Visão ComputacionalLAVSI - Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Inteligentes
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MOTIVAÇÃO
• Projeto PROBAL – CAPES (“Networked Control with Distributed Processing for Building Automation in an Ambient Intelligence Framework” )
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SUMÁRIO
• Introdução• ZigBee• XBee• Ambiente de testes• Hardware• Rede implementada• Análise dos resultados• Conclusões• Trabalhos Futuros
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INTRODUÇÃO
• Automação• Conforto• Ambient Inteliigence: densa rede de sensores e
atuadores integrados por um supervisório fornecendo serviços aos usuários
• Retrofitting• Rede sem fio “wireless”– Flexibilidade de implementação de sensores e
atuadores
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INTRODUÇÃO
• Proposta do trabalho:– Controle de temperatura– Rede ZigBee– Projeto dos nós sensores, atuadores e
supervisório– Liga-desliga externo x Controle do ar condicionado
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ZigBee
• Homologado IEEE 802.15.4• Baixo consumo energia• Baixo alcance da rede• Taxa de transmissão: cerca de 250 kbps• Frequência operação: 2.4 GHz• Aplicações: automação predial e residencial,
controle industrial, utilização sensores, entre outras
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XBee: Características
• Maxstream (atual Digi)• Tensão alimentação: 3.3 V• Transmissão indoor: até 30 m• Transmissão outdoor: até 100 m• Potência transmissão: 100 mW• Portas de I/O• Canais PWM• Canais de conversão A/D• Configuração: Software X-CTU
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XBee: Modos Operação
• Idle mode: não transmite nem recebe dados
• Transmit mode: dado recebido pela UART
• Receive mode: dado recebido através antena
• Sleep mode: não se comunica via serial
• Comand mode: ler ou modificar parâmetros do módulo
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AMBIENTE DE TESTES
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Hardware
• Aparelhos de ar condicionado• Módulo de Controle• Módulo de Acionamento• Medidores de Energia
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Hardware: Ar condicionado
• Do tipo split com capacidade de 22.000 BTU/h• Unidade interna (evaporadora) • Unidade externa(condensadora)• Sensor de temperatura na unidade interna
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Hardware: Módulo de Controle
• Xbee e ATmega8• Recebe informações do supervisório• Controla o Módulo de Acionamento
através de I/O para ligar/desligar a a unidade externa do ar
condicionado
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Hardware: Módulo de Acionamento
• Relé de estado sólido:– MOC3081– TIC246D
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Hardware: Nó Sensor
• Sensor de temperatura LM35• Conversor A/D do Xbee
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Hardware: Medidores de Energia
• ZMD128 – Landis Gyr
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REDE IMPLEMENTADA
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Software de Controle
• Altera seu próprio endereço para comunicação com os demais dispositivos da rede
• Calcula o liga-desliga externo para cada setor, com histerese de 0,5 °C
• Taxa de aquisição de 3 segundos• Trata as amostras de temperatura recebidas
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Software de Controle
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ANÁLISE DE RESULTADOS
• Dois experimentos comparativos:– Nós sensores no centro de cada setor– Nós sensores no retorno dos aparelhos de ar
condicionado• Realizados de 8hs as 17hs com referência de 22 °C• Registro consumo dos aparelhos ar condicionado
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ANÁLISE DE RESULTADOS
• Testes com liga-desliga externo:– Referência definida no software de controle
• Testes com controle próprio dos aparelhos:– Referência definida via controle remoto
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ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 1: Liga-desliga externo (sensor centralizado)
• Consumo de 20,77 kWh• Leituras espúrias
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ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 2: Controle ar condicionado(sensor centralizado)
• Consumo de 31,41 kWh
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ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 3: Liga-desliga externo (sensor retorno)
• Consumo de 26,21 kWh
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ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 4: Controle ar condicionado(sensor retorno)
• Consumo de 32,58 kWh
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ANÁLISE DE RESULTADOSTabela Comparativa
Experimento Tipo de controle Posição dos nós sensores Consumo
1 Liga-desliga Centralizado 20,77 kWh
2 Próprio dos aparelhos Centralizado 31,41 kWh
3 Liga-desliga Retorno 26,21 kWh
4 Próprio dos aparelhos Retorno 32,58 kWh
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CONCLUSÕES
• Retrofitting • Maior flexibilidade das redes sem fio• Bom resultado na rede zigbee implementada– Melhor tratamento das amostras de temperatura
• Controle liga-desliga externo apresentou menor erro de controle e menor consumo
• Em termos de conforto térmico em todo o ambiente, é necessário aumentar o número de sensores
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TRABALHOS FUTUROS
• Estudo mais sistemático da diferença de consumo dos dois tipos de controle comparados
• Implementação de um protocolo de comunicação, e.g. BACNet
• Comparação com outros controladores, e.g Fuzzy, PID, Redes Neurais, etc.
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AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq, à CAPES e à FINEP pelo apoio recebido.
http://grav.unb.br/