Escola Superior de Tecnologia de Tomar Tiago Alexandre Martins Fernandes sistema integrado de segurança e gestão de energia (sisge)

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Anexo B – Portas NodeMCU.

Autor: Zeroday nodemcu, retirada da página web https://github.com/nodemcu.

Anexo C – Código de programação do Arduino Mega

Partes deste código são baseadas nos exemplos fornecidos com as bibliotecas utilizadas.

//Inclusão de bibliotecas

#include

// Definições de rede

byte mac[] = { 0xDE, 0xEE, 0xBA, 0xFE, 0xFE, 0xED };

IPAddress ip(192, 168, 1, 11);

IPAddress server(192, 168, 1, 68);

//Variaveis

int samples = 1500; //número de amostras

int inU = A0;//Portas de entrada tensão e corrente

int inI0 = A4;

double UCAL = 0.9;

double ICAL = 0.29;

double calibFase = 0.1;

int lastU,lastI,sampleU,sampleI;

double lastFilterU, lastFilterI, filterU, filterI = 0;

double filterTemp;

double calibU;

double sqrtI,sqrtU,instP,sumI,sumV,sumP;

double activPower,apparentPower,powerFactor,Vrms,Irms;

unsigned long postingInterval = 6000; //Intervalo de envios

unsigned long lastRequest = 0;

long now = 0;

int restart = 0;

unsigned long endTime, startTime, timeLastMeasure;

unsigned long startUpTime;

double energyTotal =0.0;

unsigned long LastZero;

unsigned long periodU;

unsigned long periodUSum;

unsigned long periodUCount;

float freq;

unsigned long sinPeriod = 20000;

unsigned long filterWidth = 2000;

//recebe as mensagens vindas do topico mqtt subscrito

//atualiza as constantes de calibração, tempo e estado

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {

Serial.print("Message arrived [");

Serial.print(topic);

Serial.print("] ");

char msgBuffer[100];

for (int i=0;i

msgBuffer[i] = payload[i];

Serial.print((char)payload[i]);

}

String msg = String(msgBuffer);

Serial.println();

if(msg.startsWith("sendTime")){

postingInterval = msg.substring(8).toFloat();

Serial.println(postingInterval);

}else if(msg.startsWith("VConstant")){

UCAL = msg.substring(9).toFloat();

}else if(msg.startsWith("IConstant")){

ICAL = msg.substring(9).toFloat();

}else if(msg.startsWith("setToday")){

energyTotal = msg.substring(8).toFloat();

}else if(msg.equals("newDay")){

energyTotal = 0;

}else if(msg.startsWith("device")){

digitalWrite(msg.substring(6,7).toInt()+5,msg.substring(7,8).toInt());

}

EthernetClient ethClient;

PubSubClient client(ethClient);

//reinicia o programa

void software_Reset()

{

asm volatile (" jmp 0");

}

void reconnect() {

while (!client.connected()) {

Serial.print("Attempting MQTT connection...");

if (client.connect("arduinoClient")) {

Serial.println("connected");

client.subscribe("sisge/control");

String getSettings = "getSettings";

char getSettingsArray[getSettings.length()];

getSettings.toCharArray(getSettingsArray, getSettings.length()+1);

client.publish("sisge/settings", getSettingsArray);

restart = 0;

} else {

Serial.print("failed, rc=");

Serial.print(client.state());

Serial.println(" try again in 5 seconds");

restart++;

if(restart>=12){

software_Reset();

}

delay(1000);

}

int Energy()

{

for (int n=0; n

{

//guarda ultimas amostras

lastU=sampleU;

lastI=sampleI;

//Recolhe amostras

sampleU = analogRead(inU);

sampleI = analogRead(inI0);

//guarda ultimos valores filtrados

lastFilterU = filterU;

lastFilterI = filterI;

//Aplicação do filtro digital.

filterU = 0.996 * (lastFilterU+sampleU-lastU);

filterI = 0.996 * (lastFilterI+sampleI-lastI);

//Calibração de fase

calibU = lastFilterU + calibFase * (filterU - lastFilterU);

//Tensão RMS

sqrtU= calibU * calibU;

sumV += sqrtU;

//Corrente RMS

sqrtI = filterI * filterI;

sumI += sqrtI;

//Potência instantanea

instP = abs(calibU * filterI);

sumP += instP;

//Frequência

if (n==0) LastZero = micros();

//Verifica se está a passar por zero

if (lastFilterU < 0 && filterU >= 0 && n>1)

{

//Periodo da onda da tensão

periodU = micros() - LastZero;

//Filtra leituras erradas

if (periodU > (sinPeriod-filterWidth) && periodU<(sinPeriod+filterWidth))

{

periodUSum += periodU;

periodUCount++;

}

LastZero = micros();

}

//Cálculo dos valores aproximados

Vrms = UCAL*sqrt(sumV / samples);

Irms = ICAL*sqrt(sumI / samples);

//Potência

activPower = UCAL*ICAL*sumP / samples;

apparentPower = Vrms * Irms;

if(apparentPower>activPower){

powerFactor = activPower / apparentPower;

}else{

powerFactor=1;

}

//Frequência

freq = (1000000.0 * periodUCount) / periodUSum;

periodUSum=0;

periodUCount=0;

//Calcula o tempo desde a ultima medição

endTime = startTime;

startTime = millis();

timeLastMeasure = startTime - endTime;

//Calcula a energia consumida no intervalo e adiciona à soma dos kWh

energyTotal = energyTotal + ((activPower/1000.0) * 1.0/3600.0 * (timeLastMeasure/1000.0));

Serial.print("RP=");

Serial.print(activPower);

Serial.print(" AP=");

Serial.print(apparentPower);

Serial.print(" PF=");

Serial.print(powerFactor);

Serial.print(" V=");

Serial.print(Vrms);

Serial.print(" I=");

Serial.print(Irms);

Serial.print(" KW=");

Serial.print(energyTotal );

Serial.print(" F=");

Serial.println(freq);

//envia mensagem

if (now - lastRequest >= postingInterval) {

if(freq){freq=50;}

String energyStr = "Ard001;Monitor1;"+String(Vrms)+";"+(String)Irms+";"+(String)activPower+";"+(String)apparentPower+";"+(String)powerFactor+";"+(String)energyTotal +";"+(String)freq;

int energyStrLength = energyStr.length();

char energyArray[energyStrLength];

energyStr.toCharArray(energyArray, energyStrLength);

client.publish("sisge/energy", energyArray);

Serial.println("Message sent");

lastRequest = now;

}
sumV = 0;

sumI = 0;

sumP = 0;

}

void setup()

{

//inicia os resgitos relativos à porta Serie de debug,

//cliente mqtt, ethernet, e define quais os pinos de saída para os atuadores

Serial.begin(9600);

//Define a referência do ADC para 2,56V

analogReference(INTERNAL2V56);

client.setServer(server, 1883);

client.setCallback(callback);

Ethernet.begin(mac, ip);

startTime = millis();

startUpTime=startTime;

lastRequest = millis();

pinMode(6, OUTPUT);

pinMode(7, OUTPUT);

pinMode(8, OUTPUT);

pinMode(9, OUTPUT);

digitalWrite(6,0);

digitalWrite(7,0);

digitalWrite(8,0);

digitalWrite(9,0);

}

void loop()

{

now = millis();

if (!client.connected()) {

reconnect();

}

client.loop();

Energy();

delay(100);

}

}}

Anexo D – Código de programação do NodeMCU

Partes deste código são baseadas nos exemplos fornecidos com as bibliotecas utilizadas. Biblioteca e procedimentos de instalação para utilização deste código no IDE Arduino em:

https://github.com/esp8266/Arduino-esp8266fs-plugin

#include

// Config Rede

const char* ssid = "_NOME_DA_REDE_";

const char* password = "_PALAVRA_PASS_DA_REDE_";

const char* mqtt_server = "192.168.1.68";

//Tempo em segundos para o sensor se calibrar ao ambiente

int calibrationTime = 15;

//tempo em que o sensor passa a "0"

long unsigned int lowIn;

//Temmpo em que se considera que não haverá mais movimento

long unsigned int pause = 5000;

//Variaveis de estado

boolean lockLow = true;

boolean takeLowTime;

//Porta à qual está ligado o sensor PIR

int pirPin = D1;

// Inicia o cliente WiFi e MQTT

WiFiClient espClient;

PubSubClient client(espClient);

long lastMsg = 0;

char msg[50];

int value = 0;

int active = 1;

void setup() {

//inicia a resistência de pullup interna

pinMode(pirPin, INPUT);

Serial.begin(9600); //inicia a ligação série

setup_wifi(); //efetua a ligação à rede wireless

client.setServer(mqtt_server, 1883);

client.setCallback(callback);

Serial.print("calibrating sensor ");

for(int i = 0; i < calibrationTime; i++){

Serial.print(".");

delay(1000);

}

Serial.println(" done");

Serial.println("SENSOR ACTIVE");

delay(50);

}
void setup_wifi() {
delay(10);

// Efetua a ligação à rede wireless

Serial.println();

Serial.print("Connecting to ");

Serial.println(ssid);
WiFi.begin(ssid, password);

//espera até que a ligação esteja concluida

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}
Serial.println("");

Serial.println("WiFi connected");

Serial.println("IP address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

}
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {

Serial.print("Message arrived [");

Serial.print(topic);

Serial.print("] ");

char msgBuffer[100];

for (int i = 0; i < length; i++) {

msgBuffer[i] = payload[i];

Serial.print((char)payload[i]);

}

String msg = String(msgBuffer);

Serial.println();

if(msg.startsWith("active")){

//define estado de envio

active = msg.substring(6,7).toInt();

Serial.println(active);

}

void reconnect() {

// Loop até que a ligação ao broker seja efetuada

while (!client.connected()) {

Serial.print("Attempting MQTT connection...");

// tentativa de ligação

if (client.connect("ESP8266Client")) {

Serial.println("connected");

// Assimm que ligado publica mensagem

client.publish("sisge/security", "PIRSensor-ON");

// subscreve o topico de controlo

client.subscribe("sisge/control");

String getSettings = "getSettings";

char getSettingsArray[getSettings.length()];

getSettings.toCharArray(getSettingsArray, getSettings.length()+1);

client.publish("sisge/settings", getSettingsArray);

} else {

Serial.print("failed, rc=");

Serial.print(client.state());

Serial.println(" try again in 5 seconds");

// espera 10 seundos até voltar a tentar

delay(10000);

}

}
void pirSensor(){

if(digitalRead(pirPin) == 1){

digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);//Liga o LED interno caso haja ativação do PIR

if(lockLow){

lockLow = false;

Serial.println("---");

Serial.print("motion detected at ");

Serial.print(millis()/1000);

Serial.println(" sec");

//Se o envio estiver ativo comunica à central o estado

if(active==1){

snprintf (msg, 75, "Alarm-ON");

client.publish("sisge/security", msg);

}

delay(50);

}

takeLowTime = true;

}
if(digitalRead(pirPin) == 0){

digitalWrite(BUILTIN_LED, HIGH); //Desliga o LED interno caso não haja ativação do PIR

if(takeLowTime){

lowIn = millis();

takeLowTime = false;

}

if(!lockLow && millis() - lowIn > pause){

lockLow = true;

Serial.print("motion ended at "); //output

Serial.print((millis() - pause)/1000);

Serial.println(" sec");

//Comunica à central estado

snprintf (msg, 75, "Alarm-OFF");

client.publish("sisge/security", msg);

delay(50);

}

}

}

void loop() {

if (!client.connected()) {

reconnect();

}

client.loop();

pirSensor();

}

Anexo E – Principais scripts da aplicação SISGE

Utilizados widgets disponíveis em:

https://github.com/Shopify/dashing

https://github.com/FlorianZ/hadashboard

Script de atualização dos widget da aplicação.

# encoding: UTF-8

require 'net/http'

require 'json'

require 'mysql2'

#URL de acesso aos servicos REST do node-red

urlLive = 'http://localhost:1880/services/rest/getEnergy'

url5Min = 'http://localhost:1880/services/rest/getLast5Min'

url24h = 'http://localhost:1880/services/rest/getLast24h'

urlgetList = 'http://localhost:1880/services/rest/getList'

urlgetContracted = 'http://localhost:1880/services/rest/getContracted'

#Indicadores de grandezas eletricas

SCHEDULER.every '5s' do

liveResponse = Net::HTTP.get_response(URI.parse(urlLive))

liveResponseText = liveResponse.body

parsedLive = JSON.parse(liveResponseText)

send_event('volt', { value: parsedLive[0]["VOLT"] })

send_event('watt', { value: parsedLive[0]["TOTAL_POWER"] })

send_event('amper', { value: parsedLive[0]["TOTAL_CURRENT"] })

send_event('today', { value: parsedLive[0]["TOTAL_TO_ENERGY"] })

data = [

{ label: "Consumo", value: parsedLive[0]["TOTAL_TO_ENERGY"] },

{ label: "Produção", value: parsedLive[0]["PRO_TO_ENERGY"] },

]

send_event('energy_now', { value: data })

send_event('current_cost', { value: parsedLive[0]["PRICE"] })

send_event('hour_type', { value: parsedLive[0]["HOUR_TYPE"] })

send_event('tarif_type', { value: parsedLive[0]["TYPE"] })

send_event('cycle', { value: parsedLive[0]["CYCLE_TYPE"] })

send_event('contracted', { value: parsedLive[0]["CONTRACTED"] })

send_event('cost_today', { value: parsedLive[0]["DAY"] })

send_event('cost_week', { value: parsedLive[0]["WEEK"] })

send_event('cost_month', { value: parsedLive[0]["MONTH"] })

send_event('cost_week', { value: parsedLive[0]["WEEK"] })

send_event('cost_year', { value: parsedLive[0]["YEAR"] })

send_event('contracted_price', { value: parsedLive[0]["POWER_PRICE"] })

send_event('service', { value: parsedLive[0]["SERVICE"] })

end
#Grafico ultimos 5 minutos

SCHEDULER.every '5s' do

fiveMinResponse = Net::HTTP.get_response(URI.parse(url5Min))

fiveMinResponseText = fiveMinResponse.body

parsedFiveMin = JSON.parse(fiveMinResponseText)

series = [];

series[0]=parsedFiveMin[0];

send_event('last5min', series: series)

end
#Grafico ultimas 12 horas

SCHEDULER.every '300s' do

h24Response = Net::HTTP.get_response(URI.parse(url24h))

h24ResponseText = h24Response.body

parsed24h = JSON.parse(h24ResponseText)

series = [];

series[0]=parsed24h[0];

send_event('last24h', series: series)

end

#listas de consumo atual e diario

SCHEDULER.every '10s' do

getListResponse = Net::HTTP.get_response(URI.parse(urlgetList))

getListResponseTxt = getListResponse.body

parsedList = JSON.parse(getListResponseTxt)

send_event('list_now', { items: parsedList[0] })

send_event('list_today', { items: parsedList[1] })

end

#lista de precos da energia

SCHEDULER.every '600s' do

getContractedResponse = Net::HTTP.get_response(URI.parse(urlgetContracted))

getContractedResponseTxt = getContractedResponse.body

parsedgetContracted = JSON.parse(getContractedResponseTxt)

send_event('list_hours', { items: parsedgetContracted })

end

Script para interação com os serviços REST criados no Node-RED.

require 'json'
#URL da aplicacao Dashing

host_uri = 'http://localhost:3030'

app = NRApp.new()
#Servico de atualizacao dos sensores

get '/services/rest' do

app.getSensorStatus(params['sensorId'],params['deviceType'], params)

end
#Servico de comando dos atuadores

post '/services/rest' do

app.sendCommand(params['sensorId'],params['deviceType'], params['command'],params)

end
#Servico de atualizacao dos estado dos atuadores

get '/services/rest/status' do

app.setSensorStatus(params['sensorId'],params['status'], params)

end
#Servico de atualizacao dos estado do dimmer

get '/services/rest/level' do

app.setSensorLevel(params['sensorId'],params['level'], params)

end

Anexo F – DVD-ROM

Aplicações SISGE:

Pasta Projeto_Dashing – ficheiros relativos ao projeto Dashing.
- Pasta sisge/jobs contém os scripts utilizados;
- Pasta sisge/widgets contém os widgets utilizados;
- Pasta sisge/dashboards contém as páginas principais.
- Pasta sisge/lib contém o script de ligação ao Node-RED

Documentos consultados:

Atmel ATmega640V-1280V-1281V-2560V-2561V.pdf
Atmel AVR465 Single-Phase PowerEnergy Meter.pdf
ERSE-PreçosRef_BTN.pdf
ESPRESSIF SMART CONNECTIVITY PLATFORM ESP8266.pdf
HC-SR501 PIR.pdf
IBM MQTT.pdf
ST - UNDERSTANDING POWER FACTOR 1999.pdf
ST -UNDERSTANDING POWER FACTOR 2003.pdf
W5100 Datasheet.pdf
YHDC SCT-013-000.pdf/YHDC SCT-013-030.pdf

Export Node-Red:

Pasta Node-Red – contém a extração do s fluxos da aplicação Node-RED

Figuras utilizadas no projeto:

Pasta figuras

Projetos Arduino:

Pasta Projetos Arduino IDE

Projeto Eagle

Pasta Eagle – contém o projeto da placa de circuito impresso.

Scripts MySQL (SQL):

Pasta db/Dados – Contém os scripts com dados para inserção nas tabelas;
Pasta db/Tabelas - Contém os scripts para criação das tabelas;
Pasta db/Vistas - Contém os scripts para criação das vistas.
Pasta db/Triggers - Contém os scripts para criação Triggers e eventos;

Catálogo: bitstream -> 10400.26 -> 12643
12643 -> Escola Superior de Tecnologia de Tomar Tiago Alexandre Martins Fernandes sistema integrado de segurança e gestão de energia (sisge)
10400.26 -> Fatores determinantes na mudança de auditor: o caso português
10400.26 -> Instituto Politécnico de Portalegre Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Portalegre
10400.26 -> Instituto Superior de Gestão a tributação Específica das Sociedades Desportivas em Portugal: o caso particular do Futebol Profissional Fernanda Duarte Marques Projeto apresentado no Instituto Superior de Gestão, para obtenção do Grau de Mestre em Gestão
10400.26 -> Instituto Politécnico de Coimbra Escola Superior Agrária de Coimbra
10400.26 -> BioEnergia Acrónimo: BioEnergia
10400.26 -> Introdução 1 Capítulo I prática de Ensino Supervisionada I e II
10400.26 -> Relatório final da prática de ensino supervisionada andreia Sofia Aguiar Silva
10400.26 -> Validade e Fiabilidade da escala de Mobilidade Funcional – Idosos e Muito Idosos (emf-imi)

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