Creche Inteligente

Desenvolvimento do projeto

Após o processo de seleção dos bolsistas, o convite a alunos voluntários para completar o grupo e a assinatura do TCA, os trabalhos começaram com a primeira visita à associação pelos alunos bolsistas (Joyce, Amanda, Jônatas e Arthur) e as professoras Anolan e Silvia. Esta visita teve o objetivo de conhecer às pessoas responsáveis pela associação, fazer um levantamento inicial dos problemas que eles teriam interesse em resolver dentro das nossas competências e quais as condições do prédio em geral. Nesse encontro determinamos que os problemas mais graves estavam nas áreas de:

  • Segurança: controle de acesso e detecção de intrusos;
  1. As crianças da creche não devem sair do recinto sem autorização, mas as portas de acesso tem que permitir aos funcionarios o acesso em ambas as direções sem necessidade de portar chave. Atualmente não conseguem impedir que uma criança abra a porta, atravesse o corredor e saia diretamente à rua;
  2. A internet é ruim, a única empresa que oferece o serviço nessa localidade oferece uma largura de banda restrita;
  3. A associação encontra-se em uma região com problemas sociais e já sofreu roubos e vandalismo em suas instalações que afetaram tanto a parte administrativa quanto o armazenamento de alimentos. Um dos corredores tem o pê direito muito baixo, nele todas as lâmpadas foram roubadas e vários soquetes, quebrados; 
  4. Tentativas prévias para resolver o problema do controle do acesso à creche falharam, inclusive a contratação de uma empresa de serviços de segurança que instalou uma fechadura com acesso por teclado numérico e senha. Toda vez que alguém esquecia a senha e digitava o número errado, a central entrava em contato com os responsáveis pela associação, que tinham que decidir se o motoqueiro da empresa deveria passar no prédio para verificar o que estava acontecendo, com ônus para a associação. O alarme disparava frequentemente sem motivo aparente. Por este motivo o serviço foi cancelado.

    Parquinho
  5. O parquinho da creche fica no último andar. Acontece frequentemente de vândalos escalarem o prédio até o parquinho, para fumar e tomar banho na caixa de água que fica encima dele. Já aconteceu até a quebrar a tampa da caixa de água. Existe uma central de gás no ambiente do parquinho que corre risco de explosão por conta destes incidentes. Essas pessoas conseguem acesso através do telhado de uma escola estadual que fica ao lado da Associação.
  • Economia de energia e agua:
  1. Apesar da Associação ter um plano de desconto com a CEMIG por ser uma instituição comunitária, o valor da conta de eletricidade mensal está na ordem dos R$800.00 reais;
  2. O prédio tem 3 andares e inúmeros cómodos. Qualquer situação de vazamento ou torneira esquecida aberta demora para ser descoberta, e até lá muita agua pode ter sido desperdiçada.

Nessa visita foi constatado que:

  • No prédio não existe uma política bem definida de controle de acesso: qualquer um entra praticamente por qualquer porta.
  • É importante garantir a privacidade por parte de alguns grupos que fazem uso do prédio, por tanto não é viável colocar cámaras em todos os acessos. Por outro lado, seria possível redirigir a entrada desses grupos a uma determinada porta.
  • Existem várias geladeiras e freezers, além de várias lâmpadas grandes no último andar que podem ser os responsáveis pelo alto consumo energético. Somente tem no prédio da creche um chuveiro elétrico e ele é pouco usado;
  • O prédio passa por reformas continuamente, que mudam o layout e a estrutura física dos cômodos;
  • As instalações elétricas do prédio não possuem planta. O prédio possui diversos quadros de distribuição e 3 medidores de energia elétrica da CEMIG que geram contas de energia independentes, que foram instalados com o intuito de distribuir a carga no prédio afim de reduzir o montante fi- nal da conta de luz. Entretanto as instalações internas estão mal dimensionadas, sobrecarregando apenas 1 dos medidores e dessa forma, fazendo com que a conta entre em uma faixa de consumo com tarifas mais elevadas;
  • Uma planta arquitetônica foi desenvolvida como parte do processo de liberação da edificação pelos bombeiros e disponibilizada ao projeto. Entretanto, está desatualizada devido às constantes modificações realizadas no local;
  • A equipe responsável pela Associação tem muito interesse nos trabalhos do grupo. Eles acabaram de investir nos materiais para os trabalhos do PROGEST e deram as boasvindas a um projeto que promete melhorar a situação do prédio sem custos para a Associação.

O passo seguinte foi reunir a equipe do projeto para definir o escopo dos trabalhos. Nessa reunião mostramos fotos da creche para aqueles que não participaram na primeira visita tivessem uma ideia do problema, explicamos as condições que encontramos lá e quais as expectativas deles e fizemos um brainstorm para gerar possíveis soluções. Entre as soluções propostas esteve:

  1. Arquitetura: eventos de sensoriamento (contato, etc) e fotos enviadas pelas câmeras seriam atendidos por uma central, que estaria conectada a vários roteadores e a um servidor web que forneceria acesso ao sistema desde fora. A central poderia ser instalada em um Raspberry Pi no caso da creche, sem acesso físico pelos usuários. Outras opções são usar um computador da própria Associação ou um servidor externo. A última opção é inviável por causa das restrições de largura de banda.
  2. Comunicação:
    • WiFi (problemas de alcance, muitas paredes);
    • Rede cabeada;
    • PLC (Power Line Communication).
  3. Sensoriamento:
    • estado (acessas ou não) das lâmpadas no 3o andar e no corredor de acesso à creche;
    • nível de carga das baterias nas fechaduras elétricas das portas;
    • sensor de portas abertas;
    • eventos de câmera;
    • GLP fechado;
    • controle de acesso por autenticação;
    • sensor de contato nas janelas;
    • estado de sensores e lâmpadas: roubado/queimado;
    • sensor de fluxo.
  4. Controle desde a central: desligar lâmpadas; notificar diretoria de acessos não autorizados.
  5. Portas:
    • sensores de contato;
    • câmeras (restritas à creche, outros locais não permitiriam câmeras por restrições de privacidade);
    • fechaduras eletrônicas: RFID, permitir que possa ser aberta desde dentro em caso de falta de energia.
  6. Controle de acesso ao parquinho: sensor infravermelho, barreira com 3 feixes. No caso de uma detecção: ligar as luzes, alarme (som), ligar a câmera (de dentro da jaula do GLP), com a foto reconhecimento de imagens para distinguir humanos de gatos ou pombos e evitar falsos positivos, estender a solução ao restante do 3º andar.

Foram distribuídas inicialmente as seguintes tarefas entre os integrantes do grupo: entender como o projeto Trincabotz faz o processo de compra (Juliana), Logomarca (Breno), Site (Breno e Jonathan), entender as plantas dos andares 1 o e 3 o (Joyce e Juliana), projeto da central(Amanda), projeto e desenvolvimento das fechaduras inteligentes(Jônatas), escolha dos sensores e atuadores a usar e estudo e determinação da tecnologia de Comunicação a utilizar(Arthur). Estas tarefas acabaram por definir os grupos de Controle e Automação, grupo de Projeto de Instalações Elétricas e o grupo de Comunicação Social (Sites). Posteriormente foram acrescentados os grupos de Arquitetura e Infraestrutura de Rede. Para a gerência do projeto foi sugerida a plataforma Trello, que mostrou ser um facilitador da comunicação e documentação do trabalho dos grupos, permitindo manter um registro de atividades. Cada grupo pode se comunicar usando seu próprio board e pode se comunicar com qualquer outro grupo ou membro da equipe por meio do board geral.

A equipe tem reuniões semanais de 1 hora, sempre no mesmo horário e local. Cada grupo tem um responsável, que é o encarregado de trazer às reuniões as atividades desenvolvidas pelo grupo durante a semana e os problemas por resolver. Caso o responsável precise se ausentar, deve repassar a outro membro do grupo a tarefa de representar a sua equipe na reunião. Às reuniões são trazidas aquelas questões mais relevantes ao trabalho do grupo como um todo, dúvidas que precisam ser resolvidas ou atividades que dependem de outras equipes, enquanto questões mais pontuais podem ser resolvidas pela equipe em reuniões menores. Isto ajuda a minimizar o problema que representa encontrar um horário comum para as reuniões de uma equipe multidisciplinar, até agora somente possíveis durante o almoço, assim como permite termos reuniões mais dinâmicas, em que se avalia o estado das entregas de cada equipe e os próximos passos a seguir, procurando soluções a qualquer problema caso necessário.

Uma reunião com a engenheira elétricista Saunaray Barra (SENAI) que faz treinamentos em instalação de panéis fotovoltaicos, nos sugeriu outra forma de conseguir os materiais necessários para desenvolver o projeto: pedidos de doações a representantes de empresas de tecnologia em troca do uso dos dispositivos em sala de aula ou palestras a alunos do curso. Essa ideia está sendo explorada no momento. Ela também colaborou repassando uma metodologia para detectar problemas de consumo elétrico no prédio.

No processo surgiu a necessidade de orientação em eletrônica e projeto de plantas elétricas. Para isto contatamos professores do Departamento de Elétrica. Felizmente o professor Túlio aceitou o convite e passou a formar parte da equipe.

A etapa de definição do escopo precisou de uma visita à creche do grupo de Projeto de Instalações Elétricas (Joyce e Jônatas) junto aos professores Mara, Túlio e Ramon. A tarefa desse grupo consistiria em conferir a exatidão das plantas arquitetônicas transferidas ao Autocad e entender o traçado dos circuitos elétricos no prédio, assim como o seu estado, além de entrevistar ao responsáveis da Associação pelas políticas de segurança ao respeito do acesso de pessoas por cada porta.

Este último ponto não pode ser completado por conta da dificuldade em identificar os circuitos elétricos na creche. Um resultado importante da visita foi a descoberta de que uma loja com uma carga importante está ligada ao relógio mais carregado do prédio, e que a conexão dessa loja a outro relógio deveria mover a conta de energia a uma faixa mais econômica. Já que essa tarefa foge dos objetivos do projeto, pretendemos convidar a um professor do DEE para resolver esse problema.

Após essa visita, o escopo do trabalho foi definido como sendo: (i) controle de acesso em duas portas da creche: uma que dá acesso à parte administrativa e outra que conecta a creche com o restante do prédio (Jônatas diz: Em princípio, seriam 5 portas, as 2 externas (apenas com interfone), uma que separa o refeitório da rampa, uma que separa a creche da rampa e uma na sala administrativa); (ii) controle de iluminação por sensor de presença e luminosidade no último andar e no corredor, conectado à rede; (iii) controle de iluminação da lâmpada exterior sem conexão à rede: Essa lâmpada receberá um sensor que a ligará automaticamente de noite, e apagará pela manhã, sem conexão ao controle centralizado.

Os sensores e atuadores serão conectados a microcontroladores PIC que se comunicam usando o protocolo MiWI (da Microchip). Em princípio a arquitetura de conexão entre os microcontroladores será centralizada (veja a Figura fig:arquitetura), o servidor (supervisório) estará instalado em um Raspberry Pi. Fica por discutir onde estarão albergados os serviços de aplicação, banco de dados e Web. A implementação deles ainda está pendente.