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FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA E DE
AUTOMAÇÃO, MAJOR DE AUTOMAÇÃO
2011/2012
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores: Um ensaio na
NextToYou - Network Solutions, Lda.
Orientador: Prof. Dr. José Ruela
Orientando: Luís Alberto Cerqueira de Sousa
Fevereiro de 2012
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
Luis Sousa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Página 2
Abreviaturas:
AA - acoplador de área
AC - Area Coupler
ACK - Acknowledgement (data networks)
AL - acoplador de linha
AM - módulo de aplicação
A-Mode - automatic mode
ANACOM - Autoridade Nacional de Comunicações
AP- programa de aplicação
BAU- Bus Access Unit
BCU - Bus Coupling Unit
BIM- Bus Interface Modules
BUSY- linha de bus ocupada
CEBus - Consumer Electronics Bus
CENELEC EN - European Committee for Electrotechnical
Standardization
CEN EN - European Committee for Standardization
CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance
DIN - Deutsches Institut für Normung
EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory
EHS - European Home Systems Protocol
EIA - Electronic Industries Association
EIB - European Installation Bus)
EIBA - European Installation Bus Association
EIB/KNX - European Installation Bus/konnex
EIS - EIB Interworking Standard
EIS- EIB Interworking Standard
E-Mode - easy mode
EN - European standards
ETS Engineering Tool Software
Http - Hypertext Transfer Protocol
IP - internet protocol
IR - infra-red
ISO - International Organization for Standardization
ITED - Infra-estruturas de Telecomunicações em Edifícios
KNX- konnex
LC – Line Coupler
LAN - Rede de área local
MVC - Model-view-controller
Mysql - Structured Query Language
NACK - negative acknowledgement
PEI - Physical External Interface
PLC- Power Line Carrier
RAM – Random access memory
RF - rádio frequências
ROM – read only memory
RP - Repetidor de Linha
SCADA - supervisory control and data acquisition
SELV (Safety Extra Low Voltage
S-Mode - system mode
TRC- transceive
X-10 - protocolo de comunicação para domótica (USA)
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
Luis Sousa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Página 2
Índice
Índice ................................................................................................................................. 2
1. Introdução .................................................................................................................. 4
1.1 Problema ............................................................................................................. 4
1.2 Motivação ............................................................................................................ 4
1.3 Estrutura do relatório .......................................................................................... 5
2. Estado da Arte em Domótica ....................................................................................... 6
2.1. História ................................................................................................................ 6
2.2. Objectivos da Domótica ....................................................................................... 6
2.3 Áreas de controlo ................................................................................................. 7
2.3.1 Gestão de energia: ........................................................................................ 7
2.3.2 Segurança: ................................................................................................... 7
2.3.3 Conforto: ...................................................................................................... 8
2.3.4 Comunicações: ............................................................................................. 8
2.4 Protocolos de comunicação .................................................................................. 8
2.4.1 X-10 .............................................................................................................. 9
2.4.2 KNX .............................................................................................................. 9
3. Sistemas KNX ............................................................................................................ 10
3.1 História .............................................................................................................. 10
3.1.1 Principais características e vantagens ......................................................... 12
3.1.2 Desvantagens .............................................................................................. 13
3.2 Arquitectura e Elementos KNX ......................................................................... 13
3.2.1 Modos de configuração ............................................................................... 13
3.2.2 Tipos de implementação ............................................................................. 15
3.2.3 Dispositivos ............................................................................................... 15
3.2.5 BCU (Bus Coupling Units) .......................................................................... 17
3.2.6 PEI (Physical External Interface) ................................................................ 19
3.3 Rede KNX e Endereçamento ............................................................................. 20
3.3.1 Topologia da Rede KNX ............................................................................. 20
3.3.2 Endereçamento........................................................................................... 22
3.3.3 Telegrama KNX ......................................................................................... 24
3.4.1 Troca de Dados e Inter-funcionamento ...................................................... 31
3.5 Instalação sistemas KNX ................................................................................... 35
3.5.1 Quadro eléctrico ......................................................................................... 35
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
Luis Sousa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Página 3
3.5.2 Tipo de cabo ............................................................................................... 37
4. Planeamento do Projecto........................................................................................... 39
4.1 Arquitectura do Sistema a desenvolver .............................................................. 39
4.2 Diagrama de Gantt para a dissertação .............................................................. 40
5. Considerações finais .............................................................................................. 41
6. Bibliografia ............................................................................................................... 42
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
Luis Sousa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Página 4
1. Introdução
1.1 Problema
O problema proposto pela empresa NextToYou sedeada no INESC Porto será o
tema para a dissertação a desenvolver no 2º semestre de 2011/2012. Este projecto é um
sistema do tipo modular e permite o controlo remoto de dispositivos sensores (estado
electroválvulas, intrusão, etc.) e actuadores (activar alarmes, gerar avisos SMS/Email, etc.). O
sistema tem de constituir uma arquitectura de software modular do tipo Model-view-
controller (MVC) e visa separar a lógica de negócio da lógica de apresentação,
permitindo o desenvolvimento, teste e manutenção isolado de ambos.
O modelo (model) será uma base de dados em Mysql ou Postgres usada para fazer
o registo no domínio dos dados do sistema, que permitirá armazenar, modificar e extrair
informação de um banco de dados mediante as necessidades do sistema. Esta será uma
representação detalhada da informação que a aplicação gera e necessita para o
funcionamento de todo o sistema.
A visão (view) tem como objectivo a representação do sistema de uma forma
gráfica ao utilizador, apresentando os dados de saída do sistema assim como os dados a
fornecer ao sistema pelo utilizador. Isso permite a interacção entre este e o sistema,
oferecendo para um mesmo modelo diferentes visões mediante as funcionalidades e
decisões tomadas pelo utilizador. Inicialmente será uma página Web e, mais tarde,
pretende-se a publicação da mesma como a possibilidade de acesso ao sistema, através
de internet e/ou PDA.
O controlador (controller) é um sistema baseado no protocolo HTTP que fará a
gestão da base de dados. Tais dados irão permitir actuar as saídas e actualizar a visão
gráfica apresentada ao utilizador. O controlador recebe-os e inicia a resposta ao
utilizador, invocando as funções do sistema de domótica adequadas à ordem efectuada e
apresentando a visão baseada nas entradas inseridas. Este também é responsável pela
validação e filtragem da entrada de dados.
O sistema de domótica a desenvolvido teve como base o protocolo aberto KNX.
Isso deveu-se à analise dos prós e contras efectuados pela empresa: visto ser o que
oferece mais e melhores vantagens para a empresa, para o produto e para o cliente
(mercado).
1.2 Motivação
A automação de edifícios sempre foi vista como um artigo de luxo capaz de
assegurar um maior conforto, autonomia e segurança a um edifício. Com o crescente
sedentarismo das pessoas, por motivos profissionais e devido às vantagens oferecidas
pela domótica, cada vez mais é vista aos olhos dos consumidores como algo apetecível.
Hoje em dia, e cada vez mais, existem equipamentos e dispositivos nas nossas casas que
melhoram a nossa qualidade de vida. Os electrodomésticos inteligentes e os sistemas de
controlo de iluminação são bons exemplos de equipamentos que aumentam o conforto.
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
Luis Sousa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Página 5
Contudo, necessitam da interacção humana para poderem funcionar de acordo com as
suas pretensões, tendo de ser actuado de forma independente para satisfazer as
preferências de cada utilizador. Este comportamento não permite atingir uma boa
solução global em termos de eficiência energética. Com a necessidade de relacionar
factores como as condições ambientais, o consumo energético, a segurança e o conforto,
os sistemas de domótica vêm de encontro as necessidades dos utilizadores.
A grande motivação desta dissertação está na satisfação das necessidades de
mercado, no apelo comercial e futurista da domótica e visando uma versão comercial
mais avançada do produto já existente. Este trabalho vem dar continuidade a um
projecto já existente: um sistema de domótica. O âmbito da dissertação é a criação de
uma Página Web. Esta permite a gestão do sistema com a possibilidade de acesso
remoto através da Internet.
A NextToYou já comercializa o produto, mas pretende alargar a capacidade do
controlo domótico. Para isso será desenvolvida uma página Web para gestão do
condomínio com possibilidade de acesso remoto via internet ou através de PDA. Com
estes atributos, a empresa pretende criar um sistema capaz de rivalizar e superiorizar-se
aos existentes no mercado, de modo a conseguir tornar-se, quem sabe, líder de mercado. Para atingir esta meta, será necessário o desenvolvimento de um sistema que apresente
uma qualidade igual ou superior aos sistemas já existentes mas a um preço inferior. A
empresa não pretende desenvolver os seus próprios dispositivos (hardware), mas sim
utilizar dispositivos fornecidos por revendedores que possam comunicar com o sistema
a desenvolver. É necessário que seja um sistema de arquitectura modular e passível de
suportar a sua integração numa plataforma de serviços existente, tendo como fim um
sistema robusto e seguro, estando protegido de possíveis ataques que possam prejudicar
o bom funcionamento.
1.3 Estrutura do relatório
O relatório divide-se em 4 partes:
Introdução: é explicado o âmbito do projecto, a motivação para a
elaboração do projecto e a estrutura do relatório;
Estado da arte em Domótica: é feito um apanhado da evolução da
domótica (História) para que e a quem se destina a domótica (Objectivos
da Domótica). Um relato de que áreas a domótica abrange e especificação
de implementações tipo (Áreas de controlo) e uma breve explicação dos
protocolos existentes para sistemas de domótica (Sistemas de domótica
actuais (X-10, KNX));
Sistemas KNX: é contada a história da criação do protocolo KNX e a sua
evolução (Evolução histórica), explicada e exemplificados alguns tipos de
arquitecturas KNX e explicada a constituição dos dispositivos utilizados
num sistema KNX (Arquitectura e Elementos KNX). É explicado como se
elabora uma rede KNX e como os dispositivos interagem e comunicam
entre si (Rede KNX e Endereçamento) é explicado o funcionamento de uma
Gateway e a sua utilidade num sistema de domótica (Gateway IP/Bus
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
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KNX) e explica-se os princípios e requisitos de uma instalação de
domótica com o protocolo KNX (Instalações KNX); Planeamento do projecto: apresenta uma arquitectura tipo do projecto
que será desenvolvido e tem uma distribuição do tempo necessário para a
elaboração da dissertação (Diagrama de Gant); Conclusão: é feita uma análise do relatório final e feitas as conclusões
obtidas do mesmo;
Bibliografia: são enumeradas as fontes de conhecimento nas quais foram
baseadas o relatório.
2. Estado da Arte em Domótica
2.1. História
Domótica é a integração de tecnologias e serviços, que permite a gestão de todos
os recursos de edifícios (habitações, escritórios, hospitais entre outros) de uma forma autónoma.
A palavra Domótica (domotique) surgiu na França, por volta dos anos 70, no século XX,
onde houve as primeiras experiências relacionadas com ela, um tanto por virtude da
aplicação de sistemas com origem nos Estados Unidos da América. A palavra Domótica
é a junção de domus do Latim (lar ou casa) com a palavra telemática (telecomunicações +
informática). Numa perspectiva mais abrangente, domótica é a utilização de um conjunto
de tecnologias e sistemas (electricidade, electrónica e tecnologias da informação), que deverão
funcionar de uma forma integrada, permitindo o controlo e uma gestão automática dos
diferentes recursos de um edifício, local ou de forma remota (internet) oferecendo uma
vasta gama de aplicações. Outro sinónimo para domótica é casa inteligente (smart house),
porém nesta dissertação será utilizado o termo domótica.
2.2. Objectivos da Domótica
A domótica tem como grande objectivo oferecer a automatização de uma vasta
gama de aplicações nas áreas da segurança, conforto, comunicações e gestão de energia
rentabilizando o sistema, simplificando a vida diária das pessoas, satisfazendo as suas
necessidades de comunicação, conforto e segurança. A domótica pode substituir o
homem em diversas actividades rotineiras de forma a propiciar uma optimização nas
condições de vida numa casa. O próprio sistema zela pela satisfação dos clientes, sem
que seja necessária a contínua intervenção do mesmo. A vantagem de um sistema de
domótica perante sistemas de alarme ou outros automatismos é o facto de ele próprio se
ir optimizando com base nas informações recolhidas pelos diversos dispositivos que
estão ligados ao sistema. Os sistemas de domótica deverão ter capacidade de
inteligência distribuída e de interacção com os diversos subsistemas de um edifício ou
de uma habitação (Ar Condicionado, Luzes, Segurança, electrodomésticos, aparelhos de multimédia,
etc.) mas de uma forma integrada, numa única central que gere todos os espaços
autónomos e todos os sistemas. A automatização de edifícios envolve questões técnicas
e funcionais. Sob um ponto de vista funcional devem-se analisar questões como "que
funções realizar" (comandos, medidas a obter, parâmetros a regular, etc.), "quando realizá-las"
Sistema modular de comunicação e controlo de dispositivos sensores/actuadores
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(em tempo) e "como se realizam" fisicamente. Sob o ponto de vista técnico, á que planear
questões como a modularização do sistema, periféricos e a compatibilidade com
elementos de outros fabricantes. O grau de controlo domótico alcançado pode ser
variável, sendo uma função do custo, desejo pessoal dos clientes, estrutura do edifício e
tecnologia usada.
2.3 Áreas de controlo
A Domótica pode ser divida em quatro grandes áreas, a saber: a gestão de energia,
a segurança, o conforto e as comunicações. De seguida serão enumerados os benefícios,
as funções e as acções tomadas pela domótica, nas áreas em que foram divididas:
2.3.1 Gestão de energia:
Optimizar a relação conforto / consumo energético;
Ajuste automático de temperatura;
Gestão da iluminação;
Permitir um uso mais racional da água;
Controlo de electrodomésticos: ligar/desligar electrodomésticos como máquinas
de lavar, secar roupa e sistemas de aquecimento, quando as tarifas de energia
eléctricas são mais baixas;
Facilitar o uso de energias renováveis:
Aquecimento de água;
Produção de energia eléctrica;
Redução de desperdícios energéticos:
Iluminação: desliga automaticamente as luzes quando não houver
pessoas em determinado ambiente;
Reaproveitamento de águas pouco sujas para utilização sanitária;
Controlo de temperatura: poder controlar aquecedores e ar condicionado
de forma a minimizar o consumo de energia;
2.3.2 Segurança:
Vigilância e detecção de intrusão;
Simulação de presença: ligar música e luzes;
Detecção de situações de emergência;
Monitorização de pessoas e bens (sistemas de videovigilância ou circuito fechado de
televisão (CCTV));
Gerar alarmes técnicos em situações de emergência ou anómalas:
Inundação;
Fuga de gás e água;
Falta de energia;
Fogo e fumo: detecção rápida;
Forno, as luzes, o esquentador ou fogão está ou estão ligados;
Portas ou janelas abertas;
Alarme médico: monitorização e diagnóstico remoto de sinais vitais;
Enviar a informação dos alarmes técnicos para telefone, telemóvel, PDA, e-mail,
sistema SCADA e página WEB;
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Corte automático da água e gás em caso de ocorrência de fuga;
Accionar automaticamente os serviços de segurança:
Alerta a moradores (sms, e-mail, chamada telefónica);
Fazer chamada para bombeiros e/ou polícia;
2.3.3 Conforto:
Permitir uma melhor qualidade de vida e maior autonomia;
Facilitar tarefas, automatizar procedimentos (Accionamento automático de tarefas de
rotina como ligar o aquecimento);
Controlar, monitorizar e administrar a casa à distância;
Auxiliar de memória (controlar a toma de medicamentos, etc.);
Apoio a pessoas idosas, doentes ou com deficiências (permitir maior autonomia e
telemedicina);
Entretenimento (Vídeo, áudio e multimédia);
Adequar a iluminação e climatização para as diferentes pessoas;
Ligar luz (por presença, som, hora ou luz ambiente);
Abrir/ fechar persianas (controlo automático por presença de luz ambiente, chuvas e pelo
despertador);
Abertura de portões ou portas por reconhecimento de pessoas ou outros
(matriculas, etc.);
Sistema de rega automática;
2.3.4 Comunicações:
Proporcionar uma comunicação eficiente com o mundo externo; Interligar a rede interna de uma casa (domótica, intranet) com a rede externa (por
Internet); Capacidade de controlar algum dispositivo remotamente;
Teletrabalho e Tele-formação;
Divulgação das redes domésticas (Home Networks);
Acesso à Internet em banda larga;
Expansão das tecnologias Wireless (IEEE 802.11x, Bluetooth, ZigBee, ...);
Maior largura de banda (rede IP global integrando dados, voz e imagem);
Centralização: ligar/desligar o sistema com um único botão remotamente.
2.4 Protocolos de comunicação
Existe uma grande variedade de protocolos de comunicação para sistemas de
domótica. Todavia, serão enumerados os mais conhecidos com uma breve descrição.
Posteriormente, será feita uma descrição mais exaustiva do protocolo escolhido.
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2.4.1 X-10
O X-10 é o protocolo mais antigo usado nas aplicações de domótica. Foi
desenvolvido entre 1976 e 1978 com o objectivo de transmitir dados por linhas de baixa
tensão (110V nos EUA e 230V na Europa) a uma velocidade muito baixa (60 bps no EUA e 50
bps na Europa) e com custos muito baixos. Ao usar as linhas eléctricas da habitação, não é
necessário instalar nova cablagem para ligar os dispositivos. O protocolo X-10 é
proprietário mas a sua patente já expirou pelo que, actualmente, qualquer fabricante
pode produzir dispositivos X-10 e oferecê-los ao mercado. Graças ao seu
amadurecimento (mais de 30 anos no mercado) e à tecnologia implementada, os produtos X-
10 tem um preço muito competitivo e são líderes no mercado residencial Norte-
Americano, podendo as instalações ser realizadas por electricistas sem conhecimentos
de automação ou informática ou até pelos próprios utilizadores. O preço e a facilidade
de instalação são de facto os principais pontos fortes desta tecnologia.
Existem três tipos de dispositivos X-10: os que só podem transmitir ordens
conhecidos por controladores, os que só podem receber ordens conhecido por
receptores, e os dispositivos que podem receber e enviar ordens, que são na prática
receptores com capacidade de responder e confirmar a realização correcta de uma
ordem (feedback). Os controladores enviam sinais de comando para os receptores que,
por sua vez, fazem actuar o dispositivo eléctrico que lhe está ligado. Os receptores são
adaptadores que se instalam entre o dispositivo eléctrico que se pretende controlar e a
fonte de corrente eléctrica que o alimenta. Os receptores vêm dotados de dois pequenos
comutadores giratórios, um com 16 letras (código da casa) e o outro com 16 números
(código do dispositivo), que permitem identificar um dos 256 endereços possíveis. Numa
mesma instalação pode haver vários receptores configurados com o mesmo endereço,
todos realizam a função pré-designada, desde que um controlador envie um telegrama
com o seu endereço de destino. A pequena gama de endereços existentes nesta
tecnologia torna-a inadequada para grandes edifícios, dado que só permite a existência
de 256 dispositivos receptores independentes. Esta é uma importante limitação
relativamente às outras tecnologias existentes. Qualquer acção num sistema X10 implica
o envio de duas mensagens: mensagem de selecção do dispositivo e mensagem com a
ordem a executar. De forma a minimizar possíveis falhas de comunicação, as
mensagens são enviadas em duplicado. Este protocolo de comunicação torna o envio de
comandos para os dispositivos um processo demasiado moroso, sendo este outro ponto
fraco desta tecnologia. Por outro lado, dado que este protocolo não inclui qualquer
controlo sobre a correcta recepção de mensagens por parte dos dispositivos receptores,
esta tecnologia apresenta um baixo nível de fiabilidade. Concluindo, a tecnologia X10 é
uma tecnologia com bastante sucesso dado o seu baixo custo e facilidade de instalação.
No entanto apresenta bastantes limitações, comparando nomeadamente com o
EIB/KNX. O X10 é apenas dirigido para pequenos ambientes residenciais dado a sua
incapacidade para suportar muitos dispositivos, e a pouca fiabilidade, robustez e rapidez
do seu protocolo de comunicação.
2.4.2 KNX
KNX - o protocolo KNX foi publicado pela recente Associação KNX em 2002 - é
um protocolo de domótica aberto. Foi desenvolvido por 110 empresas líderes de
mercado e assenta num standard mundial para o controle de habitações e de edifícios
ISO/IEC 14543-3. Aprovado como Norma Europeia CENELEC EN 50090 e CEN EN
13321-1. Presentemente, existem centenas de fabricantes a produzir equipamento
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certificado pela associação Konnex, disponibilizando aos clientes e instaladores. Com
mais variedade e opções para o desenvolvimento de soluções modernas e competitivas,
este protocolo permite ao utilizador o controlo local e remoto das aplicações existentes
na sua instalação. O protocolo KNX é a única norma global para domótica com uma
ferramenta de programação (ETS Engineering Tool Software) e concepção única e
independente do fabricante tem um conjunto vasto de meios de ligação suportados (par
torcido, linha de potencia, RF e IP /Ethernet) e inúmeros modos de configuração suportados.
EIB (European Installation Bus) - Protocolo concebido pela EIBA - European
Instalation Bus Association inicialmente pensado como sistema de gestão de
instalações eléctricas de edifícios.
LonTalk - Tecnologia LonWorks desenvolvida na Echelon Corporation nos EUA
em 1993 como uma tecnologia de automação distribuída. A maior parte dos sistemas até
então desenvolvidos eram de controlo centralizado. A Echelon desafia essa premissa
lançando um conceito inovador que em 1999 é definido como norma (Protocolo LonTalk).
CEBus (Consumer Electronics Bus) - Surgiu em 1984 como standard promovido pela
EIA (Electronic Industries Association).
Batibus – é um protocolo “open-source” dispõe de um sistema de controlo de
colisões, baseado numa hierarquia de prioridades. Nos dispositivos Batibus é possível
seleccionar o seu endereço na rede, à semelhança do Protocolo X-10. Todos os
dispositivos escutam todas as mensagens, mas apenas os invocados as executam.
EHS - o protocolo foi criado em 1992 por uma comissão de grandes empresas
europeias de produção electrodomésticos. Esta comissão criou este protocolo como um
protocolo aberto e com uma vasta gama de aplicações, permitindo que equipamentos de
diferentes fabricantes comuniquem entre si de forma a que possam compartilhar
recursos. Hoje em dia já existem produtos em hardware e software standard. As maiores
empresas europeias de produção electrodoméstica já incluem o protocolo EHS nos seus
produtos.
3. Sistemas KNX
3.1 História
O protocolo KNX nasceu do desenvolvimento e estandardização das
especificações de comunicação do antigo protocolo EIB (European Instalation Bus), já
anteriormente referido. Este protocolo surgiu de mais de 15 anos de experiência dos
antecessores deste protocolo ( EIB, EHS e BATIBUS) e da união de empresas ligadas
ao fabrico de materiais eléctricos e electrónicos e de electrodomésticos. KNX é um
protocolo que permite ser utilizado em qualquer tipo de sistema: da pequena habitação
até a grandes condomínios. Este protocolo devido ao seu grande desenvolvimento
permite a monitorização e controlo de sistemas de videovigilância, consumos de
energia, sistemas de iluminação, ar condicionado, contagem, controlo de áudio/vídeo,
aquecimento, ventilação e regularização automática de persianas. Todas estas funções
podem ser controladas, vigiadas e sinalizadas através dum sistema único sem
necessidade de centrais de controlo extra. Todos os componentes do sistema são ligados
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à rede KNX e as ligações podem ser feitas por cabo entrançado, infravermelhos,
radiofrequência, rede eléctrica ou IP/Ethernet. É através destas ligações que os
dispositivos da rede trocam ou fornecem informações. Os dispositivos ligados através
de meios físicos como o par entrançado entre outros, retiram a energia para funcionar
através do barramento e os dispositivos sem ligação física têm fontes de alimentação
adicionais. As figuras seguintes mostram simples sistemas de aplicação do protocolo KNX
e a rede KNX:
Figura 1 – Exemplo de sistema com implementação do KNX
Figura 1 – Exemplo de uma Rede KNX
Uma das grandes vantagens do KNX é possibilitar a construção de um sistema
modular, em qualquer altura do desenvolvimento do sistema ou até depois de
implementado haverá a possibilidade de acrescentar mais dispositivos e funções ao
sistema, pois é reconfigurável. Esta vantagem advém de ser um sistema descentralizado
e em que os dispositivos comunicam entre si, uma vez que podem ser receptores e
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emissores sem necessidade de hierarquia e/ou supervisão da rede. Têm apenas de
comunicar entre si através de telegramas segundo o formato definido pelo protocolo.
Este tipo de sistema é normalmente controlado por um computador comum, passando
assim a ter uma arquitectura centralizada e podendo ser controlado por outro qualquer
sistema com acesso à internet. O intuito do desenvolvimento deste protocolo foi
aumentar a flexibilidade e as capacidades dos sistemas a custo reduzido. Pode-se dizer
portanto que os objectivos foram quase cumpridos. No que toca aos custos e à
flexibilidade, não se pode dizer que são dos sistemas mais baratos e nem dos mais
flexíveis. Contudo continua a ter a vantagem de ser um protocolo aberto, bastante
implementado, uma vasta gama de produtos e reconfigurável.
3.1.1 Principais características e vantagens
O protocolo KNX garante que os produtos das mais variadas marcas e fabricantes,
quando construídos segundo as definições do protocolo KNX, conseguem comunicar
entre si se tiverem ligados na mesma rede. Esta característica permite uma enorme
flexibilidade para modificação e expansão de um sistema já existente. A associação
KNX exige dos seus representantes e fabricantes um nível bastante exigente no
desenvolvimentos dos produtos KNX, pois todos os produtos desenvolvidos pelos
membros KNX vão representar a marca KNX. Os produtos KNX têm assim de cumprir
com a norma ISO 9001. Os membros da KNX fabricam produtos para todo o tipo de
aplicações para o controlo de edifícios, desde o controlo de iluminação até aos sistemas
mais complexos de gestão inteligente de energia. O protocolo KNX foi desenvolvido
para integrar todos os tipos de edifícios: do edifício antigo ao edifício totalmente
construído de raiz sem quaisquer dificuldades de implementação. Permite também a
instalação em edifícios de um piso a edifícios de vários pisos, como hotéis, shoppings e
arranha-céus. Este tipo de implementações é possível graças a grande variedade de
meios físicos de comunicação como par entrançado, a rede eléctrica (powerline),
infravermelhos, rádio frequências e IP/Ethernet. Todas estas formas de comunicar
permitem ao sistema a facilidade de se efectuar mudanças, actualizações e expansões
sem que tenha de redesenhar o sistema, reconstruir a instalação ou mudanças mais
profundas que não as pretendidas. A associação KNX tem um software desenvolvido
pelos seus membros o ETS (Engineering Tool Software), que permite a configuração
de todos os dispositivos certificados pela KNX independentemente da sua marca ou
fabricante. Este software possibilita a integração de vários tipos de produtos numa
instalação e possibilita a actualização da base de dados dos diferentes produtos,
descarregando os dados do fabricante do produto com a total garantia de
compatibilidade com o ETS, caso fabricado por um membro KNX. No KNX existem
três tipos de configuração: o S-Mode, o A-Mode e o E-Mode. O A-Mode é o mais
simples neste modo de configuração, pois o sistema configura-se automaticamente.
Embora pareça uma vantagem para o sistema, este fica limitado às configurações
automáticas. O E-Mode é efectuado por um controlador de um dispositivo ligado ao
barramento de dados. E o S-Mode é o método de configuração mais poderoso. É
realizado através de um computador com o software ETS instalado, ligado ao
barramento através de um dispositivo de interface. O modo S destina-se a planeadores e
instaladores com certificação KNX e a instalações de grandes dimensões. As vantagens
desta norma face a outras é ter nascido de três normas já existentes e com bastante
experiência no mercado e se basear nas qualidades e vantagens de cada norma.
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3.1.2 Desvantagens
A norma KNX não apresenta grandes desvantagens e podem-se destacar como
pontos menos favoráveis desta tecnologia o preço, uma vez que em relação a outras
tecnologias não é muito convidativo, a instalação e a configuração é mais complexa e o
elevado preço do software ETS. As desvantagens não são muitas mas os preços dos
dispositivos e das instalações pesam bastante na decisão do cliente.
3.2 Arquitectura e Elementos KNX
3.2.1 Modos de configuração
Cada habitação, edifício, condomínio e um outro qualquer sistema KNX tem
necessidades e funcionalidades diferentes. Os sistemas EIB/KNX possuem vários
modos de configuração para satisfazer as diferentes necessidades de configuração dos
diferentes dispositivos e utilizadores. Os diferentes modos de configuração permitem
que os fabricantes tenham mais liberdade para inovar e ao mesmo tempo garantem a
inter-funcionalidade entre os diferentes dispositivos. As várias configurações possíveis
de serem executadas poderão e/ou deveram ser alteradas conforme as necessidades do
utilizador, com o auxilio de software nomeadamente o ETS da KNX. Existem já no
mercado outros softwares de configuração de sistemas KNX de outras marcas. A título
de exemplo, o Tebis da Hager. Estas ferramentas acedem às características e
configurações possíveis de cada dispositivo e configuram-no conforme a sua utilidade e
funcionalidades pretendidas, garantindo a inter-funcionalidade no sistema. Os modos de
configuração são 3:
O S-mode (System mode);
O A-mode (Automatic mode);
O E-mode (Easy mode) que se divide em duas sub-confguraçoes:
O Controller Mode;
O Push-Button Mode;
De seguida será explicada de forma sucinta os diferentes modos de configuração
dos dispositivos KNX.
S-mode (System mode), este tipo de configuração do sistema é a mais utilizada e
a mais versátil. Esta está vocacionado para a instalação feita por profissionais, pois
necessita da utilização de software especializado concebido para esse efeito, como o é
caso (ETS). Este modo segue a mesma filosofia que no EIB e permite que os
dispositivos da nova instalação possam ser configurados conforme a vontade dos
clientes e segundo as funcionalidades do dispositivo. Esta configuração terá de ser
efectuada por um computador ligado a rede KNX, tipicamente com o ETS. Para uma
configuração mais completa e abrangente, o ETS usa a informação detalhada de cada
dispositivo. Caso não disponha dessa informação, o configurador poderá importá-la do
fabricante. Este software permite também atribuir o endereço individual ou de grupo de
cada dispositivo (Binding); permite a parametrização individual de cada dispositivo, de
acordo com o datasheet do fabricante (Parameterisation) e importar e carregar
programas dos fabricantes para configurar as mais diversas funcionalidades de cada
dispositivo. Estas configurações são efectuadas através do BCU, pois é este que faz o
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controlo de ligação com o módulo de aplicação do dispositivo, cabendo ao configurador
a responsabilidade e decidir a configuração.
E-mode (Easy mode) nesta configuração, os dispositivos como já vêm da fábrica
programados para realizar uma determinada função, não necessita de um computador
com o ETS para a configuração da rede. Contudo oferece funções mais limitadas.
Alguns detalhes podem e devem ser configurados pelo instalador de acordo com a
instalação pretendida. Essas alterações poderão ser efectuadas através do uso de um
controlador ou através de micro interruptores. Neste modo, as propriedades dos
dispositivos ligados na rede podem ser lidas através do barramento, sem haver a
necessidade da base de dados do fabricante com as propriedades do produto. Este modo
de configuração está dividido em outros dois modos, o easy controller mode e o easy
push button mode.
Easy Controler Mode: neste modo, uma instalação precisa de definir um
dispositivo como controlador, que suportará o processo de configuração. Esta
configuração suporta um número de dispositivos limitado em cada segmento. Um
controlador pode suportar uma ou mais configurações. Contudo está limitado, pois
não possui os detalhes das bases de dados dos fabricantes como no ETS, visto não
possuir memoria para os guardar. Após a configuração, o controlador deverá
continuar ligado à rede salvo algumas excepções. O controlador pode ser
dinamicamente configurado, pode criar grupos de objectos para determinadas
funções, definir endereços físicos e de grupo e parâmetros de funcionamento. Ao
controlador cabe ler as diferentes funcionalidades de cada dispositivo e mediante as
instruções do instalador configurar os diferentes endereços individuais de cada
dispositivo, as ligações a definir entre os mesmos e parâmetros de funcionamento;
Easy Push-button Mode: ao contrário do modo controller não é
necessário o uso de controlador, embora não permita um elevado número de
dispositivos num segmento de rede. Cada dispositivo pertencente à rede deverá
possuir a possibilidade de auto-configurar a sua aplicação, definir o seu endereço
físico e de grupo e definir os parâmetros necessários ao seu funcionamento. A troca
de parâmetros com outros dispositivos também é possível, no entanto a configuração
é essencialmente local. Aquando da configuração, o instalador designa
sucessivamente os dispositivos, cujas funções vão ser interligadas de acordo com as
especificações de cada fabricante. A troca de dados de configuração entre os
dispositivos, tipicamente sensores e actuadores, ocorrem através de um serviço da
camada de aplicação. Aos dispositivos emissores, cabe apenas definir o seu endereço
de grupo único e informar depois os dispositivos a controlar o seu endereço;
A-mode (Automatic mode): este modo de configuração é o mais simples, pois é
automático. Contudo é também o mais limitado. Este pode ser configurado por um
utilizador sem conhecimentos sobre EIB/KNX e segue uma metodologia Plug&Play,
pois os dispositivos possuem a capacidade de localizar outros dispositivos, definir inter-
operações e adquirir os seus próprios endereços físicos. Neste modo de configuração, os
dispositivos são direccionados geralmente para uma única aplicação que contém o seu
próprio controlador de aplicação, sendo este também o configurador Master para a
aplicação. A este cabe a configuração dos endereços de grupo. Este modo será
especialmente indicado para ser usado em electrodomésticos e equipamentos de
entretenimento (consolas, boxes, áudio e vídeo, etc.). A facilidade deste modo reside no
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facto de que nem o instalador nem o utilizador final têm de configurar qualquer
dispositivo introduzido. A figura 2 mostra-nos os três modos de configuração
fundamentais do KNX.
Figura 2 – Modos de configuração do KNX.
3.2.2 Tipos de implementação
Os sistemas de domótica têm dois tipos de implementação fundamentais: o Power
Line Carrier e Barramento/cablagem dedicada. A implementação Power Line Carrier
(PLC) é a solução de mais baixo custo, pois faz uso da rede eléctrica do edifício para a
transmissão de dados entre os dispositivos que compõem o sistema. A implementação
barramento/cablagem dedicada é uma solução mais dispendiosa, devido à necessidade
de instalação de cablagem extra durante a construção. Actualmente, devido à regulação
do sector das telecomunicações, a ANACOM define que a instalação de infra-estruturas
de telecomunicações em edifícios, incluindo a respectiva ligação às redes públicas
(ITED) como obrigatória. Assim sendo, e como essa cablagem incluí cabos para o uso de
sistemas de domótica, este tipo de implementação fica um pouco mais acessível. Além
da cablagem a comunicação entre dispositivos do sistema, pode ainda ser feita por
Rádio Frequências, Infra-vermelhos, bluetooth, zigbee e Fibra Óptica.
3.2.3 Dispositivos
Os dispositivos KNX têm uma arquitectura que se divide em três grandes tipos: os
componentes básicos, os componentes de sistema e os orientados para aplicações. Os
componentes básicos são componentes que não entrevêem no funcionamento do sistema
e não têm parte activa no sistema são eles fontes de alimentação, filtros de sinal, etc. Os
componentes de sistema permitem a criação de uma rede são eles acopladores de BUS
(BCU – Bus Coupling Unit), Acopladores de Linha (LC – Line Coupler), Acopladores
de Fase, repetidores, etc. Os componentes orientados para as aplicações são
componentes que entrevêem directamente no funcionamento do sistema, são eles
sensores, actuadores, Receptores de IR, painéis de comando essencialmente actuadores,
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sensores e controladores. Estes dispositivos são ligados à rede através de um Acoplador
de Bus ou de uma interface similar. Os dispositivos são constituídos por:
Uma unidade de acoplamento ao barramento (BCU);
Um módulo de aplicação (AM);
Um programa de aplicação (AP).
A unidade de acoplamento e o módulo de aplicação podem ser vendidos em
conjunto integrados num só ou ser vendidos em separado. Quando vendidos em
separado devem ser interligados por uma interface física externa (PEI - Physical External
Interface). Existem no mercado interfaces físicas externas de 10 e de 12 pinos, estas
interfaces são utilizadas para troca de mensagens entre os dispositivos e como fonte de
alimentação para o módulo de aplicação. A figura 3 descreve a constituição de um
dispositivo:
Figura 3 – Estrutura de um dispositivo KNX.
3.2.4 Acopladores
Os acopladores são componentes de sistemas KNX que têm como objectivo ligar
diferentes áreas, linhas e funcionar como repetidores. Os acopladores de bus podem
funcionar como dispositivos independentes ou estarem integrados em outros
dispositivos orientados a aplicação, quando funcionam como independentes, os módulos
de aplicação usam-nos para se ligarem a rede. O módulo e o acoplador devem ser do
mesmo fabricante para tornar mais fiável o seu funcionamento. Onde normalmente se
encontra separado o BCU do módulo da aplicação (AM) é nos interruptores tácteis onde
o BCU é normalmente embutido nas paredes. Há também dispositivos orientados a
aplicação que tem acopladores. Quando o BCU faz parte do dispositivo, vem
normalmente integrado no dispositivo através de módulo de Interface como Barramento
(BIM - Bus Interface Module) ou através de um Chipset do próprio fabricante, fazendo o
lugar do PEI. Os acopladores dividem-se em três tipos são:
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O Acoplador de Área (AA) que é um dispositivo que interliga a linha de área à
Linha Principal;
O Acoplador de Linha (AL) que é um dispositivo que interliga a linha principal
a uma linha secundária;
O Repetidor de Linha (RP) é um dispositivo que permite expandir um segmento
de linha possibilitando inserir mais 64 dispositivos ou poder expandir o cabo de
transmissão de dados em mais 1.000 m.
Quando um acoplador de área ou de linha é utilizado, estamos a construir uma
tabela de filtragem, pois os telegramas só são encaminhados pelo acoplador para os
dispositivos, se estiverem registados na tabela de filtragem. O repetidor tem como
função a repetição de um sinal nas redes par entrançado regenerando os sinais
eléctricos, permitindo aumentar o comprimento das linhas e unir segmentos de redes
extensas quando necessário. A titulo de exemplo em grandes edifícios.
3.2.5 BCU (Bus Coupling Units)
Os BCU são disponibilizados para dois tipos de meios são eles o par entrançado
(Twisted Pair) e Linha de Potência (Power Line), ainda não existem para rádio
frequências. Só existem soluções RF integradas, ou seja, cada dispositivo tem a sua
própria inteligência devido ao BCU, daí o KNX ser um sistema descentralizado não
necessitando de uma unidade central de processamento. As funções centrais como a
supervisão podem contudo ser implementadas, através de painéis tácteis ou softwares de
Supervisão instalados em PC, através de página Web e aplicações Android. Os
dispositivos KNX podem ser divididos em três classes: sensores, actuadores e
controladores. Os sensores são dispositivos que fazem medições, leituras e enviam os
dados para o BCU. O BCU verifica o estado do módulo de aplicação, procurando
constantemente no PEI variações de sinal, se for detectada alguma alteração envia um
telegrama para o barramento KNX. O telegrama é a codificação da informação a ser
transmitida, segundo o protocolo KNX. Os actuadores são dispositivos que recebem
telegramas e agem segundo o que lhe foi ordenado. Ao receber o telegrama o BCU
descodifica e envia essa informação ao módulo de aplicação (AM) que agirá mediante a
informação descodificada. Os controladores são dispositivos que ditam o
funcionamento dos sensores e actuadores. Estes recebem as suas funções quando o
programa de aplicação adequado for carregado para o BCU através do ETS. O BCU é
constituído por duas partes: um controlador (BCC) e um transceiver (TRC) adequado ao
meio de transmissão que é possível visionar na figura 4.
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Figura 4 – Arquitectura de um BCU.
O módulo controlador (BCC) possui um microprocessador que faz a comunicação
entre a interface externa (PEI) e um sistema operativo que pode executar um programa
de controlo do dispositivo para a gestão do mesmo. Os diferentes tipos de memória
internos do microprocessador, guardam os dados do software do sistema na memoria
ROM, valores temporários do sistema e da aplicação na RAM e o programa de
aplicação e endereços na memória flash e ou EEPROM. O BCC organiza e controla o
acesso ao barramento, faz a gestão, codificação e descodificação dos telegramas, a
detecção de problemas na transmissão de dados, o controlo de repetição de
transmissões, fornece sinais de controlo e controla as funções das aplicações. O módulo
transceiver (TRC) tem a função de separar os dados da alimentação, monitorização da
temperatura, regular a tensão a 5v e 24v, protecção contra polaridade invertida, proteger
os dados se tensão baixar dos 18v, desligar o micro se a tensão for inferior a 4,5v e a
função enviar e receber lógica.
Figura 5 – Arquitectura de um TRC.
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3.2.6 PEI (Physical External Interface)
O PEI tem como objectivo a comunicação entre o meio físico BCU e a camada de
aplicação e possui especificações eléctricas/mecânica e de software que permitem efectuar o
acesso ao bus de dados. O acesso ao meio e transmissão de dados pode ser feita por transmissão
serie ou paralelo, o conector de ligação (eléctrica/mecânica) deste ao BCU possui duas versões:
de 10 pinos e de 12 pinos. Através de uma interface paralela PEI I/O, os valores de input e
output podem ser acedidos pela aplicação interna do BAU (Bus Access Unit). Por seu
lado, na comunicação série PEI entre o BAU e a aplicação, o módulo aplicação é o
responsável pela leitura e escrita dos valores de input e output. Exemplos de
comunicação deste tipo: a comunicação de um PC (com software ETS) no processo de
configuração de um dispositivo ou da rede através da rede e um dispositivo que tenha
dados que possam ser lidos e escritos por um outro dispositivo. O diagrama de pinos do
PEI (figura 6) permite verificar o que até então foi explicado e perceber o que são e
como posicionam os diferentes termos falados.
Figura 6 – Diagrama de pinos do PEI.
As diferentes ligações foram criadas devido à possibilidade de variação das
resistências entre os pinos 5 (Vcc) e 6 (type), com isso possibilitando a criação de 21
tipos, os quais são agrupados em quatro grandes grupos são:
Utilizações especiais;
Reservados para futuras extensões;
Comunicações em Paralelo;
Comunicações em Série.
As configurações do tipo utilizações especiais são:
PEI tipo 0 – é conseguida sem resistência entre os pinos 5 e 6, esta foi
concebida para se utilizar em aplicações onde não existe nenhum
adaptador;
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PEI tipo 1 – este tipo de configuração é utilizado quando não existe
qualquer tipo definido ou enquanto o tipo de PEI atribuído ainda não foi
inicializado;
PEI tipo 20 – este tipo de PEI e destinado ao fabricante para fazer o
download de configurações para a unidade que contém o interface físico
(BCU, BIM (Bus Interface Modules),…).
Os PEI reservados para futuras extensões são os tipos guardados para futuras
necessidades ou desenvolvimentos do protocolo KNX, são eles os tipos 3, 5, 7, 9, 11,
13, 15, 18.
Os PEI para comunicações em Paralelo são o tipo 2, 4, 6, 8, 17 e 19.
Os PEI para comunicações em Série são o tipo 10, 12, 14 e 16 cada um suporta
diferentes versões do protocolo de comunicação são: a comunicação síncrona e a
assíncrona. A comunicação assíncrona é garantida pelo tipo 10 e 16. A comunicação
síncrona é garantida pelo tipo 12 e 14. O tipo 12 implementa comunicação síncrona com
interface de mensagens, como foi dito anteriormente o tipo 14 suporta também
comunicação síncrona mas este com interface de blocos. O PEI tipo 10 implementa
comunicação assíncrona assim como o PEI do tipo 16. Contudo, este possui o seu
protocolo para interagir com o módulo de aplicação e o BCU. Nos sistemas EIB/KNX
não têm de haver por definição uma PEI (Physical External Interface), garantindo assim
outras formas e possibilidades de comunicação entre o módulo de aplicação e o BCU,
como por exemplo na utilização de memória RAM partilhada ou qualquer outro
protocolo que não tenha por base a interface PEI. E como já referido existem
dispositivos que têm o BCU e o módulo de aplicação como uma só interface
(dispositivo, sistema).
3.3 Rede KNX e Endereçamento
3.3.1 Topologia da Rede KNX
O KNX é definido como uma rede totalmente distribuída, pois não necessita de
um controlador central na instalação visto todos os dispositivos possuírem o seu próprio
microprocessador e a implementação do protocolo de comunicação KNX de acesso ao
meio. Quando ligados a um barramento de comunicação de dados funcionam como
receptores e emissores, dispensando assim um controlador central. Como já referido
anteriormente, o KNX suporta diferentes meios físicos de comunicação: o par
entrançado, a rede eléctrica (powerline), os infravermelhos e rádio frequências. O KNX
não possui uma topologia física definida para sua implementação. Num sistema KNX
pode existir uma mistura das topologias físicas ou só uma das topologias. As tipologias
físicas base: em estrela, em anel, linear e em árvore. Existe ainda a possibilidade de as
combinar numa tipologia mista. Estas tipologias são constituídas por vários dispositivos
e secções de fios individuais que podem ser tão longos quanto o permitido pelos
requisitos eléctricos.
A figura 7 é uma representação das diferentes topologias físicas base, muitas
outras podem ser conseguidas através destas topologias físicas base.
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Figura 7 – Rede KNX
Em cada segmento (ramo) o KNX define um máximo de 64 dispositivos, dois
quaisquer segmentos podem ser ligados por um repetidor ficando com a designação de
linhas. Uma linha pode conter um máximo de quatro segmentos interligados por
repetidores, ficando assim com uma capacidade de até 255 dispositivos. À linha de bus
principal é permitido conectar um máximo 15 linhas secundárias utilizando os
acopladores de linha. O uso de mais que um segmento só será aceitável para o aumento
de capacidade de instalação do sistema. Quando o edifício a instalar está separado por
pisos e ou dá mais jeito dividir em subsistemas o sistema será dividido por áreas. Uma
área pode possuir até um máximo de 15 linhas e um sistema poderá ter até 15 linhas o
que dá um máximo de 225 linhas por sistema. As diferentes áreas têm de ser ligadas à
linha principal através de um acoplador de área (AA). Cada linha deve ter a sua própria
fonte de alimentação, possuir até 6 controladores de linha (i.e. acopladores de linha,
acopladores de área e repetidores) em cada caminho de transmissão. Os repetidores de
linhas não podem ser utilizados em linhas de área e linhas principais. É possível utilizar
dispositivos nas linhas de área e principal. Contudo, o número de dispositivos que
podemos utilizar decresce com os acopladores de área usados. Se não se recorrer a
repetidores podemos conseguir a instalação de até 15.153 dispositivos, se forem
utilizados repetidores podemos atingir os 61 233 dispositivos. A figura 8 mostra-nos
uma possível topologia de um sistema KNX e a representação de alguns dispositivos e
termos que falamos anteriormente:
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Figura 8 – Topologia genérica de um sistema KNX
3.3.2 Endereçamento
Endereçamento Individual
O endereço individual define o endereço de comunicação para um dispositivo como o
próprio nome indica é único. Todos os dispositivos num sistema KNX possuem um
endereço individual, pois é para este que lhe vão ser enviadas mensagens esse endereço
é do tipo IP. Este funciona para o dispositivo como a caixa de e-mail para dono do e-
mail. Os endereços são baseados na área e linha onde se inserem e no seu endereço do
dispositivo nessa mesma linha. Um endereço poderá ter os seguintes endereço por:
Área:
Numa área o endereço irá de 1 a 15;
O endereço 0 é reservado para o dispositivo na linha de área;
Linha:
Numa linha o endereço irá de 1 a 15 numa determinada área;
O endereço 0 é reservado para os dispositivos na linha principal;
Dispositivo:
Numa linha o dispositivo poderá ter um endereço de 1 a 255;
O endereço 0 é reservado para o acoplador de linha.
Os dispositivos quando saem de fabrica vêm com o endereço de 15.15.255. Este
endereço terá de ser modificado pelo ETS ou será modificado quando programado
automaticamente no A-Mode. A figura 9 ilustra a organização dos endereços
individuais.
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Figura 9 – Endereços individuais no protocolo KNX.
Endereçamento de Grupo
O endereçamento de grupo é feito para um determinado conjunto de dispositivos
(grupo). Cada endereço pode ser atribuído a qualquer dispositivo numa qualquer linha.
Ao atribuir um endereço de grupo a vários dispositivos, eles podem ser endereçados ao
mesmo tempo através de um único telegrama. Um dispositivo de grupo actuador pode
responder a vários endereços de grupo. Já um sensor só envia a um endereço de grupo.
A figura 10 ilustra uma topologia de endereços de grupo e como é constituído:
Figura 10 – Endereços de grupo no protocolo KNX.
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Os endereços de grupo podem ter uma estrutura de nível 2 ou de nível 3 como
mostra a figura a seguir.
Figura 11 – Estrutura de endereçamento de grupo no protocolo KNX.
3.3.3 Telegrama KNX
O telegrama KNX é uma mensagem que pode ser enviada entre dispositivos na
rede KNX. Nesta rede, as mensagens enviadas terão de possuir as características
definidas pelo protocolo. Antes de enviar uma mensagem, o dispositivo emissor deve
escutar a rede verificando se está desocupada. Se tiver desocupada, poderá enviar a
mensagem; se tiver ocupada, espera e vai escutando a rede até ficar desocupada.
Quando desocupada, espera que o tempo t1 (t1 =50bits) seja ultrapassado. De seguida
envia o telegrama. O telegrama possui um campo que define a prioridade. Se ao enviar
um telegrama, um dispositivo de maior prioridade transmitir um outro, o de menor
deixará de transmitir. A detecção é feita porque o dispositivo enquanto transmite
continua a ouvir a rede para conseguir detectar colisões com outras transmissões.
Quando o dispositivo de mais alta prioridade parar de transmitir o dispositivo de menor
prioridade volta a transmitir o telegrama. Este método de funcionamento é definido no
protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Após o
envio da mensagem, o dispositivo espera um tempo t2 (t2=13bits) para receber a
confirmação de que a mensagem foi recebida com sucesso, senão repete-a um
determinado número de vezes. O telegrama de grupo é enviado ao mesmo tempo para
todos os dispositivos a que se destinam. Os telegramas são enviados de forma
assíncrona. Contudo são enviados bits de inicio antes do primeiro caracter e no fim um
bit de finalização do telegrama para sincronizar os participantes. Cada carácter enviado
é um byte (bits) de informação. O telegrama é enviado a uma taxa de transmissão de
9600 bits/s, demorando aproximadamente 104μs por bit. O período entre um carácter e
outro é de 13 bits, ou seja, 1,35ms. Cada telegrama pode possuir entre 8 e 23 caracteres
de tamanho. O conhecimento da recepção de um telegrama é efectuado por apenas um
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carácter de reconhecimento. Com todos estes requisitos, um telegrama ocupa a linha por
um tempo de 20 a 40 ms. Os telegramas mais comuns ocupam o bus aproximadamente
20 ms. A figura 12 demonstra visualmente o que foi:
Figura 12 – Características de um telegrama KNX.
Um telegrama é informação específica de uma rede e para essa rede e fornece os
dados e ordens para o bom funcionamento da mesma. Um telegrama possui um campo
que define a prioridade de uma mensagem que é o campo do controlo; possui o
endereço de origem e destino; um campo contador e de comprimento; um campo de
dados e um campo de verificação. O campo de controlo é um campo de oito bits que
define a prioridade dos telegramas entre os vários dispositivos. Permite a escolha da
repetição de um telegrama se não for confirmado pelo dispositivo que o recebe. Os oito
bits vão de D7 a D0 como podemos verificar pela figura 13:
Figura 13 – Características do campo de controlo de um telegrama KNX.
Os bits que sofrem alteração e que podem alterar o funcionamento do sistema são
os bits D3 e D2 e D5. Podemos verificar na figura 13 que para os diferentes tipos de
funcionamento existem diferentes tipos de prioridade. A máxima prioridade quando os
bits D3D2 estão 0 e a mínima quando estão a 1 (prioridade de serviço baixa). A prioridade
da transmissão é apenas levada em conta caso os vários dispositivos transmitirem em
simultâneo. Quando o telegrama é enviado e o emissor não recebe a confirmação, o bit
D5 será alterado para 0 e o telegrama será novamente enviado, garantindo assim que
caso o destinatário tenha executado o comando não o volte a executar. Saberá que é uma
repetição de um comando, porque o bit D5 estará a zero. Neste caso é assegurado que o
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participante que já tenha executado o respectivo comando não o repita novamente. Os
restantes bits podem ser alterados pelo software ETS, segundo as necessidades do
utilizador e do sistema.
O campo dos endereços incluiu o endereço de origem e o de destino; o de origem
possui 16 bits, o de destino tem mais um bit para definir o tipo de endereçamento. O
endereço de origem pertence ao dispositivo que envia o comando, isto para que o
dispositivo de destino saiba quem lhe envia o comando. O endereço de destino garante
que o comando é recebido pelo(s) dispositivo(s) a que é destinado. Este é normalmente
um endereço de grupo, com um número elevado de participantes que podem ser
endereçados simultaneamente. O endereço pode também ser individual, este é
normalmente utilizado no modo de inicialização do sistema, programação e diagnóstico.
A informação do endereço de destino é transmitida com 17 bits para que o
receptor, saiba a partir do bit D7 o mais direita qual o tipo de endereço de destino; se de
grupo ou individual. Como poderemos verificar na figura 14. As imagens ilustram os
bits que constituem os diferentes endereços e os tipos de endereçamento.
Figura 14 – Endereço individual.
Os quatro bits mais à esquerda definem a área. Os quatro bits seguintes definem
uma linha e os últimos 8bits à direita definem o dispositivo do qual o comando é
enviado.
Figura 15 – Endereço de grupo de dois e três níveis.
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Figura 16 – Características do campo de controlo de um telegrama KNX.
Na imagem 16 podemos ver que os 4 bits de A3 a A0 definem a área de destino,
os 4 bits seguintes de L3 a L0 a linha, os oito bits de P7 a P0 o endereço do dispositivo
de destino e o ultimo bit o tipo de endereço. Quando a 0 o bit D7 é um endereço de
destino individual, caso contrário é de grupo. Quando para endereçamento de grupo os
quatro bits de P3 a P0 indicam o endereço do grupo principal, os três bits de I2 a I0 o
endereço do grupo intermédio, os 8 bits seguintes o subgrupo e o bit mais a direita a 1
para indicar que é um endereço de grupo de três níveis.
O campo contador e comprimento contêm um campo inicializado com o valor 6,
que é o número de voltas. A cada passagem por um acoplador de linha é decrementado
e retransmite, enquanto o valor for positivo. As tabelas de filtragem são também tidas
sempre em linha de conta. Este campo cede um bit ao endereço de destino; o bit D7
mais a esquerda que define o tipo de endereço (individual ou de grupo). Os 3 bits
seguintes de R2 a R0 representam o contador e os 4 bits mais a direita de L3 a L0
definem o comprimento do campo dos dados. A figura 17 confirma e representa o que
foi dito sobre o campo contador.
Figura 17 – Campo contador.
O campo dos dados é constituído normalmente por 2 bytes (16 bits), este na
generalidade apenas utiliza um bit para activação (1) ou desactivação (0) de
dispositivos. A informação no campo dos dados pode ter um comprimento de 1 bit até
13 Bytes (Byte 2 a 15), esta depende do tipo de EIS (EIB Interworking Standard).
Quando é feito um pedido para "ler" é solicitado ao dispositivo que recebe o
telegrama um aviso do seu estado que pode ser uma confirmação curta ou longa.
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Figura 18 – Campo de dados.
A ordem (as funções a executar) é definida pelos 4 bits BBBB acima representados:
a escrita (0010), a leitura (0000), a confirmação curta (0001) e a confirmação longa
(0001). Os restantes bytes são parâmetros que podem ser a confirmação, dados ou não
serão utilizados dependendo o tipo de dados a enviar.
O campo de verificação permite verificar se o telegrama chega ao seu destino
correctamente. A verificação do caracter faz a soma dos bits de dados (D7 a D0) e de
Pz. Essa soma terá de dar 0, caso contrário, a mensagem está corrompida (confirmação
por paridade par). A Verificação de Telegrama analisa a posição dos bits de todos os
caracteres por prioridade, isto é, o bit de verificação S7 recebe o valor “0” ou “1” para
fazer a soma de todos os bits de dados D7 mais os bits de verificação S7 iguais a 1. A
combinação da verificação dos caracteres e do telegrama é chamada Verificação
Cruzada. A figura 19 representa o que foi explicado.
Figura 19 – Campo de verificação cruzada.
Quando um receptor recebe um telegrama e foi efectuada a correcta recepção do
mesmo, deve enviar um aviso como confirmação correspondente uma mensagem de
reconhecimento. Se o dispositivo de origem receber um reconhecimento NAK
(recepção incorrecta), o dispositivo de origem envia um novo telegrama que poderá ser
repetido até três vezes. Caso receba um reconhecimento BUSY (linha de bus ocupada),
o emissor aguarda um intervalo antes de repetir o telegrama. Se o emissor não receber a
mensagem de reconhecimento, irá terminar a transmissão. No caso de a mensagem estar
correcta o receptor envia um reconhecimento ACK. A figura 20 mostra a estrutura da
mensagem de reconhecimento.
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Figura 20 – Estrutura de uma mensagem de confirmação.
Esta é a constituição de um telegrama utilizado para comunicar e gerir um sistema
de domótica através do protocolo KNX.
3.4 Gateway IP / Bus KNX
As Gateways têm como função a interligação de um sistema de domótica a outros
sistemas e meios em qualquer nível. Com o crescer do número de edifícios, com
aplicações de domótica e a evolução das tecnologias de comunicação, começa a fazer
cada vez mais sentido a utilização deste tipo de solução, devido as dimensões dos
projectos e as tecnologias e funções a implementar no sistema. Um dos principais
motivos para a interligação de sistemas através de gateways é o crescente aumento de
dispositivos e o volume de telegramas que implica a interacção entre os mesmos. O
congestionamento da rede pode acontecer devido ao sistema possuir dispositivos que
enviem constantemente o seu estado ou informações. Numa topologia par entrançado
poderá sobrecarregar facilmente a linha, devido à sua baixa velocidade de transmissão:
aproximadamente 9.6 kbit/S. Esta situação poderá ser ultrapassada usando uma rede IP,
utilizando acopladores IP nas linhas principais e de área. A rede Ethernet é pelo menos
1000 vezes mais rápida que a de par entrançado. As gateways podem funcionar como
acopladores IP/KNX e também para configuração ou programação remotamente através
da rede IP. A interligação em paralelo de várias linhas não será mais problema com as
Gateways. Esta comunicação tem o nome Tunnelling. Em linhas individuais KNX, a
comunicação terá de ser assegurada por uma Gateway Router IP/KNX. A este tipo de
comunicação dá-se o nome de routing. O princípio de funcionamento de um Router
IP/KNX é muito parecido com o das linhas principais de par entrançado: se precisar de
enviar um telegrama entre linhas, fá-lo através de um endereçamento Multicast sobre a
rede Ethernet. Os Router IP/KNX endereçados com este tipo de endereçamento são
capazes de receber e avaliar o telegrama. O router ao filtrar os telegramas faz o seu
roteamento, ou seja, faz o mesmo que o acoplador de linha faz quando usa as tabelas de
filtragem, resultando assim no encaminhamento ou bloqueio dos telegramas. Assim
como acoplador de linha de par entrançado, o router pode ser utilizado como acoplador
de linha e de área. Topologias físicas possíveis com routers IP/KNX:
Caso 1, a linha de área passa a ser uma rede LAN;
Caso 2, todas as linhas principais e também a linha de área são substituídas por
uma rede Ethernet;
Caso 3, é uma mistura do caso 1 e 2. A linha de área em par entrançado, um
Router IP/KNX no topo e por cada linha um Routers IP/KNX em vez de
acopladores de linha.
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A alta taxa transmissão de bits da rede Ethernet facilita muito o tráfego de
telegramas e minimiza as suas perdas. Contudo, deverá ser feita uma gestão de tráfego,
evitar o envio de telegramas a alta frequência e o envio simultâneo das várias linhas
para uma única linha. As imagens na figura 21 representam alguns dos diferentes tipos
de montagem utilizando Routers IP/KNX:
Figura 21 – Montagens com Routers IP/KNX
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3.4.1 Troca de Dados e Inter-funcionamento
A troca de dados entre os vários dispositivos e o inter-funcionamento permite-lhes
que comuniquem entre si, executem comandos e partilhem informação necessária ao
funcionamento do sistema. A título de exemplo, a comunicação entre um sensor
(comando de um ar condicionado) e um actuador (um ar condicionado), é constituída por
uma sequência de operações que poderemos ver na ilustração da figura 22. O exemplo é
de um interruptor e uma lâmpada que em tudo se assemelha ao exemplo dado
anteriormente:
Figura 22 – Exemplo de comunicação entre um interruptor e uma lâmpada.
Os dispositivos físicos da figura 22 representados possuem um endereço único, a
comunicação é feita por endereçamento individual quando só uma lâmpada ou por
endereçamento de grupo quando se trata de várias. Através do protocolo KNX, um
dispositivo poderá comunicar com vários outros dispositivos que pertençam a um grupo
através de um endereçamento de grupo e de um simples comando. Não existe a
necessidade de se enviar um comando para cada dispositivo. A transmissão de
informação baseia-se na troca de dados codificados, que apenas podem fazer o
endereçamento da mensagem para um único grupo por mensagem ou para um único
dispositivo. Já o receptor poderá subscrever vários endereços de grupo, que permitirá
que seja controlado por vários emissores. Uma mensagem enviada para um determinado
grupo será recebida e interpretada pelos vários receptores que o constituem e que
subscrevem esse endereço de grupo. O protocolo KNX tem como finalidade a interacção
entre sensores e actuadores, ou seja, o inter-funcionamento entre os vários dispositivos
que constituem um sistema KNX. O inter-funcionamento está dividido em vários
patamares de uma pirâmide que determina os vários graus de inter-funcionamento. Um
comando é inicialmente dados a transmitir e depois acaba como acções executadas por
um ou vários actuadores. Este processo é muito semelhante à troca de correio,
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representado na figura 22, em que os objectos representam a caixa de correio e a acção a
tomar a mensagem que está escrita na carta. A figura 23 ilustra e define os vários tipos
de interfuncionamentos e suas funcionalidades:
Figura 23 – Pirâmide de inter-funcionamento.
O patamar inicial (Formato Comum) é a base do inter-funcionamento. Garante a
troca de informação com o mesmo tipo de codificação em todas de mensagens trocadas
entre os dispositivos. O segundo patamar (mesma interpretação) garante que os
dispositivos receptores iram interpretar a mensagem da mesma forma e segundo a
interpretação desejada e efectuada pelo emissor usando uma semântica comum. O
terceiro patamar (funções comuns) garante que os vários constituintes partilhem as
mesmas funções, garantindo assim que para um mesmo objectivo os diferentes
dispositivos irão utilizar as mesmas funções e regras para chegar às acções desejadas. O
patamar de topo (mesmas funcionalidades) é alcançado a partir da junção dos vários
patamares da pirâmide de inter-funcionamento, reunindo as funções comuns, garantindo
a mesma interpretação e num formato comum a todos os dispositivos. A título de
exemplo, se um interruptor pretender desligar uma lâmpada terá de enviar uma
mensagem à lâmpada para a desligar. Esta terá de perceber o que o interruptor escreveu
e conhecer a função desligar. O topo da pirâmide garante que para um qualquer
dispositivo, a função desligar será interpretada da mesma forma. Para garantir o inter-
funcionamento entre os vários dispositivos foram definidas normas, o EIS (EIB
Interworking Standards), através das quais devem ser criadas e programadas as
aplicações. Os diferentes tipos de dispositivos e as diferentes marcas devem garantir
entre si a comunicação e interpretação da mesma forma e as mesmas funções. Com esse
intuito, foram criados vários tipos de funções tipo que estão definidos na norma EIS e se
pode ver na figura 24. Estas funções standard são chamadas de EIB functions:
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Figura 24 – Funções EIB.
O nome das EIB-functions está relacionado com a primeira aplicação para que
foram concebidas. Contudo podem ser usadas noutras aplicações. A título de exemplo, a
função Dimming foi inicialmente concebida para variar a intensidade da iluminação e é
também hoje utilizado para a regulação de aquecimento, assim como em vários outros
tipos de utilização. Estas funções base podem constituir outras funções ligeiramente
diferentes ou completamente diferentes, permitindo assim através destas conceber as
mais variadas funções de um sistema de domótica. Serão apresentadas e explicadas as
diferentes funções disponibilizadas pelas normas EIS:
A função EIB EIS 1 (“Switching”) é usada para a comutação de cargas ligadas a um
actuador que permitirá: operações on/off, operações lógicas activo/inicativo,
sinalização verdadeiro/falso, alarme, etc. Servindo na sua essência para activar ou
desactivar um dispositivo;
A função EIB EIS 2 (“dimming”) consiste na união de três outras funções: a de
control (dimming relativo), a de value (demming absoluto) e a de position
(comutação on/off e estado). A função position permite ligar/desligar o dispositivo. A
função control é usada para aumentar ou diminuir o valor a actuar, permitindo
também a comutação on/off do actuador. Por fim, a função value permite a
atribuição de um valor através de um byte igual à função EIS 6. A figura 25
exemplifica de forma clara e concisa o funcionamento da função dimming:
Figura 25 – Função EIB2 (dimming).
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A função EIB EIS 3 (“Time”) fornece as horas em tempo real a qualquer
dispositivo que forneça e necessite deste tipo de informação, a informação será
enviada no formato horas/minutos/segundos;
A função EIB EIS 4 (“Date”) fornece a data a qualquer dispositivo que forneça e
necessite deste tipo de informação, a informação será enviada no formato
dia/mês/ano;
A função EIB EIS 5 (“Value”) é usada para transmitir dados que representam
valores físicos numa variável de 2bytes. O valor é obtido através da formula [ (-1)S
* (0.01M) *2E ] onde “S” é o sinal, “E” é o expoente na base dois com 4 bits e
“M” que representa a mantissa em complemento para dois de 11bits, o valor (value)
poderá variar de -671.088.64 a +670 760.96;
A função EIB EIS 6 (“Scaling”) serve para enviar valores relativos de oito bits,
normalmente utilizado para valores percentuais.
A função EIB EIS 7 (“Control Drive”) é constituída por duas outras sub-funções são:
elas as funções move e step. A função move serve para pôr por exemplo um motor
de um estore a funcionar ou mudar de sentido de rotação. A função step serve para
fazer movimentos graduais ou ordenar a paragem de um dispositivo.
As funções EIB EIS 8 (“Priority”) são constituídas por duas sub-funções: a função
EIS_priority_position e a função EIS_priority_control. A sub-função
EIS_priority_position permite a comutação para o estado on/off supervisionada
pela função EIS_priority_control. Se a entrada control estiver activa a função
EIS_priority_control controla a saída, caso contrário a saída é controlada pela
função EIS_priority_position. Como podemos verificar na figura 26:
Figura 26 – Função EIB2 (Priority).
A função EIB EIS 9 (“Float value”) é utilizada para enviar valores físicos no
formato de vírgula flutuante IEEE, usando 4 bytes;
A função EIB EIS 10 (“16-bit Counter Value”) é usada para representar um
contador de 16 bits;
A função EIB EIS 11 (“32-bit Counter Value”) é usada para representar um
contador de 32 bits;
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A função EIB EIS 12 (“Acess”) faz o controlo de permissões de acesso às várias
aplicações através de uma variável de 4 bytes;
A função EIB EIS 13 (“EIB-ASCII-Char”) permite o envio de um único caracter;
A função EIB EIS 14 (“8-bit Counter Value”) é usada para representar um contador
de 8 bits.
A função EIB EIS 15 (“Character String”), esta função permite o envio de
mensagens textuais com tamanho máximo de 14 bytes.
As funções EIB são a as mesmas que as do protocolo KNX, pois este nasceu com
base no protocolo EIB e das mudanças e melhorias necessárias.
3.5 Instalação sistemas KNX
3.5.1 Quadro eléctrico
O quadro eléctrico permite alojar os dispositivos eléctricos e electrónicos que não
precisam e ou não devem estar acessíveis ao utilizador. O quadro eléctrico poderá ser
um qualquer normalizado pela norma EN50022 35×7,5mm DIN. No quadro a parte de
energia deve ser separada da instalação KNX, não será necessário qualquer requisito a
ter em conta. Preferindo-se não separar, deverão ser utilizados cabos com a bainha até
aos terminais e garantir que os cabos de energia não contactem com o bus. Os quadros
têm de possuir calha DIN para colocação dos dispositivos. Quando existem dispositivos
KNX e eléctricos na mesma calha, terá de se garantir a não descarga de energia para a
calha e não possuir ligação à terra. A régua de dados liga os participantes como fontes
de alimentação filtros entre outros ao bus. A régua autocolante deve ser colocada de
acordo com a norma numa calha DIN de 35 mm. O tamanho destas réguas depende dos
tamanhos normalizados para cada quadro eléctrico e não devem ser alteradas. Para
evitar contactos indesejados, as partes da calha que não estiverem a ser utilizadas,
devem ser tapadas com uma cobertura como podemos ver na figura 27, onde podemos
ver também os vários tipos de calha DIN:
Figura 27 – Diferentes tipos de calha e cobertura para calha DIN.
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Este tipo de montagem tem o nome de Rail-mounted. Esta permite arrumar e
organizar os dispositivos na calha DIN de uma forma muito simples. A figura 28 ilustra
um exemplo para melhor compreensão:
Figura 28 – Montagem Rail-mounted.
Na montagem embebida (Flush mounted), a instalação de dispositivos é feita
dentro das paredes. Sempre que possível é preferível. Este tipo de instalação é feita em
caixas embebidas nas paredes, os dispositivos são fixados a estas através de parafusos.
As caixas devem ter 50 mm de profundidade para se poder trabalhar com os cabos e o
dispositivo caber. Neste tipo de montagem é possível combinar dispositivos de energia e
dispositivos do tipo embebido KNX, como podemos ver na imagem 29.
Figura 29 – Dispositivos do tipo montagem embebida.
Na montagem de superfície (Surface mounted,) os dispositivos são colocados à
superfície, ficando totalmente visíveis para o utilizador. Como mostra a figura 30:
Figura 30 – Dispositivo do tipo montagem de superfície.
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Na montagem Device mounted os dispositivos são incorporados em outros
equipamentos: como aquecedores, ar condicionado, lâmpadas e em alguns
electrodomésticos. Aos olhos do utilizador não é perceptível sua presença. Como
poderemos confirmar na figura 31, não é visível que a banheira tem qualquer tipo de
controlo. Mas existe: possui electro-válvulas e vários sensores que não são visíveis, mas
que podem ser controlados em benefício do utilizador.
Figura 31 – Dispositivo do tipo montagem Device mounted.
3.5.2 Tipo de cabo
Antes de especificar o tipo de cabos a utilizar nas instalações, convém dar uma
breve explicação sobre as tensões admissíveis nos cabos de bus KNX. A tensão SELV
(Safety Extra Low Voltage) é uma das mais importantes a ter em conta. Esta tensão é
gerada por um transformador de segurança. O seu valor normal de funcionamento é de
29 VDC e não pode ser ligada a terra. Os limites máximos de tensão para corrente
contínua e alternada são nomeadamente: 120VDC e 50VAC. Os cabos utilizados nos
sistemas KNX devem possuir isolamento de segurança das outras redes, isolamento a
terra e sem isolamento para o utilizador. A imagem 7 representa os termos e ideias
referenciados:
Figura 32 – Isolamento de cabos para KNX.
No capítulo 9 do Handbook, KNX estão todos os tipos de cabos que podem ser
utilizados numa instalação. A título de exemplo: os cabos com o logótipo KNX e os
outros que cumprem as características e que lá estão definidos, como exemplo: o
YCYM 2x2x0.8 e o JY(St)Y 2x2x0.8. Só os cabos verdes KNX garantem: o máximo
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comprimento da linha, o máximo espaço entre dispositivos e o máximo de dispositivos.
Este cabo tem como características 72Ω e uma capacidade de 0.12μF por cada 1000m.
A figura 32 especifica as características necessárias de um cabo KNX.
Figura 33 – Características de um cabo para KNX.
Os requisitos de uma instalação KNX são normalmente os mesmo que para uma
instalação de 230/400V. Quando possível deverá se garantir uma distância mínima de
4mm entre os condutores: de bus e os de energia.
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4. Planeamento do Projecto
4.1 Arquitectura do Sistema a desenvolver
A figura 34 representa a arquitectura do sistema de software a desenvolver ao
longo da dissertação. O sistema é constituído por uma base de dados, onde serão
registados todos os dados necessários ao sistema; um controlador que será o sistema que
controla e executa todas as acções que o utilizador pretender; um sistema de domótica
constituído pelos seus sensores e actuadores que irão permitir a execução das várias
tarefas. Todo o sistema será monitorizado por um Web browser com a possibilidade de
ser na Internet, no PDA ou num computador ligado a intranet.
Figura 34 – Arquitectura do sistema de software a implementar
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4.2 Diagrama de Gantt para a dissertação
A figura 35 representa a distribuição do trabalho a executar em todo o projecto, ao
longo da dissertação. As tarefas a realizar foram distribuídas segundo o que se pensa ser
o tempo necessário para a elaboração das demais tarefas. Contudo poderá não ser o
digrama final visto não se saber se a distribuição do tempo corresponderá às
necessidades temporais de cada tarefa. O mesmo será actualizado e modificado caso
exista tal necessidade.
Figura 35 – Diagrama de Gantt
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5. Considerações finais
Neste capítulo são salientadas as principais ilações retiradas deste relatório. Assim
sendo, apesar das inúmeras vantagens que a domótica oferece, o seu mercado ainda não
está muito explorado, pois o cidadão comum e não informado criou o “mito” de que é
extremamente cara e inacessível. Todavia, graças à diminuição do custo dos
componentes electrónicos, o aumento do software gratuito, a facilidade de instalação e a
evolução dos protocolos de comunicação (usar rede eléctrica doméstica e de telecomunicações).
Será possível a evolução destes sistemas de domótica com um preço final cada vez mais
baixo. Devido à evolução tecnológica e à sua propagação, pois nos dias de hoje o
cidadão comum em Portugal já possui computador pessoal, telemóvel e PDA com
Internet no seu lar, facilitando assim o desenvolvimento de um sistema de domótica, e
implicando custos bem menores. Como cada vez se passa mais tempo fora de casa e
existindo uma crescente incorporação da mulher no mercado de trabalho, cresce a
necessidade de ajuda na gestão da casa. Assim sendo, haverá cada vez mais a
necessidade da instalação de um sistema de domótico adequado a cada lar. Para
satisfazer essas necessidades emergentes do mercado, a empresa NextToYou pretende
lançar um sistema de domótica com página Web para gestão do condomínio, com a
possibilidade de acesso remoto a estes serviços através da Internet ou PDA. Após o
estudo dos vários protocolos de domótica e segundo as necessidades e exigências do
sistema a desenvolver, chegou-se à conclusão que o protocolo de implementação seria o
protocolo KNX, visto ser o único que satisfaz as necessidades do produto, por ser um
protocolo livre e bastante desenvolvido, de fácil instalação e de enorme aceitação no
mercado. Entre outras inúmeras vantagens.
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6. Bibliografia
[1] The EIB Association: The EIBA Handbook Series – Release 3.0, Brussels, 1998
[2] X-10, “Wireless solutions for 230 volts countries”. Disponível em
http://www.x10europe.com. Acesso em Junho /2011.
[3] www.knx.org/pt. Acesso em Junho /2011.
[4] www.enei.net/. Acesso em Junho /2011.
[5] The Konnex Association: KNX, The World’s First Open Standard For Home and Building
Control – System Architecture, Brussels, July 2004.
[6] http://www.domus.areadeservico.com/ Acesso em Junho /2011.
[7] Wolfgang Kastner and Bernd Thallner: “A GPL Linux Device Driver for the EIB”,
Technische Universität Wien Institut für Rechnergestützte Automation, Treitlstraße 1, A-1040
Wien
[8] http://www.logichome.pt/ Acesso em Junho /2011.
[9] http://www.ihome.pt/ Acesso em Junho /2011.
[10] S. Avelar, “Protocolo EIB KNX”, Instituto Superior de Engenharia do Porto, Dezembro,
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[11] http://omni.isr.ist.utl.pt/~pjcro/cadeiras/api0304/pdfs/SEM_AC.pdf Acesso em Junho
/2011.
[12] IEEE STD 830-1998, IEEE Recommended Practice for Software Requirements
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[13] Pedro Miguel de Miranda Fernandes, “Aplicações Domóticas para Cidadãos com Paralisia
Cerebral”, Tecnologia Domótica, Universidade de Aveiro, 2001.
http://portal.ua.pt/thesaurus/default1.asp?OP2=0&Serie=0&Obra=28&H1=1&H2=0 Acesso em
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[14] João Pedro Santos Silva, “Aplicação de Interface Com Sistema Domótico EIB”, Instituto
Superior Técnico
[15] Diana Sobreiro da Costa Palma, “FEUP KNX, Domótica KNX/EIB de Baixo Custo”,
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto