ILUMINAÇÃO INTELIGENTE utilização do protocolo MQTT para economia de energia em um escritório contábil

Dentro do ambiente de trabalho, a iluminação é um fator fundamental para garantia de um bom rendimento e prevenção de riscos, especialmente, quando se trata de atividades de alto risco. A partir dessa temática, o trabalho propôs a iluminação inteligente como ferramenta para melhorar o desempenho na produção e otimizar o uso de energia elétrica em estações de trabalho. O sistema se baseou na utilização dos microcontroladores ESP8266. O protótipo construído dividiu o sistema em duas partes, a parte central responsável por controlar o acionamento das lâmpadas, e parte dos periféricos, responsável pelo monitoramento da luz no ambiente. Os dispositivos foram conectados por meio de Wi-Fi e utilizaram o protocolo MQTT, que é um protocolo de mensagens rápidas entre dispositivos móveis e sensores para redes do protocolo TCP/IP.

A partir do problema e proposta de solução definidas, buscou-se realizar uma pesquisa de mercado para verificar quais eram as alternativas de melhor custo- benefício disponíveis, foi selecionado o protocolo MQTT, que é um protocolo de mensagens rápidas entre dispositivos móveis e sensores para redes do protocolo TCP/IP (BEIENERT, 2018). Uma das alternativas bem similares ao projeto realizado é o produto da empresa Sonoff, que trabalha com interruptores integrados a uma rede IoT, porém, optou-se pelo desenvolvimento de um projeto a partir de um microcontrolador associado a 5 dispositivos integrados que vão realizar toda atividade de monitoramento e automação da iluminação ambiente (ISHIGURO, 2021). Para otimizar a proposta do trabalho, foi necessário compreender melhor os impactos da iluminação na atividade produtiva e sua contribuição com a redução dos riscos de acidente, relacionando o projeto diretamente aos objetivos apontados pela pesquisa.

OBJETIVOS O objetivo geral do estudo foi de construir um protótipo de automação para sistemas de iluminação, a partir do controle do ambiente em uma estação de trabalho, de forma a contribuir com as pesquisas a respeito da elaboração e utilização de tecnologias IoT em situações cotidianas. Entre os objetivos específicos deste trabalho, destacaram-se: ◦ Testar o funcionamento do protótipo da iluminação; ◦ Realizar uma análise do uso em cenários com muita variação na quantidade de pessoas presentes; ◦ Elaborar os dispositivos que compõem o microcontrolador ESP8266; ◦ Ajustar e calibrar o monitoramento da luminosidade no ambiente. Logo, para solucionar o problema da diferença entre o total de lâmpadas e de pessoas é preciso considerar a relação de interdependência do sistema.

Quando um colaborador está situado em uma estação de trabalho do escritório, ele está sentindo o impacto da iluminação de diversas lâmpadas no ambiente, essa combinação pode permitir ou não a luminosidade adequada, assim, o sistema deve se ocupar de analisar individualmente cada região afetada (KOHUT, 2018). Porém, apesar da análise conjunta de luminosidade, cada lâmpada irá fornecer uma informação única para o sistema central, que será responsável por combinar as informações e calcular a luminosidade combinada na área dedicada a cada trabalhador. A ferramenta que permite essa atividade é o LDR, um componente do sistema eletrônico que reduz sua resistência elétrica na presença de luz. O nível de precisão do LDR, vai incidir diretamente no sucesso ou não da ferramenta, sendo instrumento indispensável no funcionamento da iluminação inteligente.

A união dessas informações vai auxiliar a central no processo de tomada de decisão sobre quando e quais lâmpadas acender. Os sensores LDR possuem variáveis a e b que modificam a função de identificação das variáveis, e precisam ser enviadas juntas nos pacotes do protocolo para o MQTT, possibilitando que a central interprete corretamente as informações (MARTINS, 2019). As placas de circuito que foram utilizadas no projeto formadas a partir de placas de circuito ilhadas e trilhos de estanho, divididas em parte central e sensorial. Os dados obtidos são disponibilizados na nuvem, por meio da integração do modelo inteligente e o servidor MQTT, possibilitado pela conexão do dispositivo com a internet. Uma plataforma NodeJS possibilitou a integração, e a elaboração de um painel de controle para o sistema, neste painel três índices são apresentados por cada sensor: presença humana, luminosidade e uma variável aleatória.

Assim, cada uma das lâmpadas que compõe o sistema está associada a um único sensor. O cenário permite concluir se é possível calibrar os dispositivos e se o sistema é capaz de realizar o controle das lâmpadas sem erros ou interferências. Para melhor compreender a situação, a ilustração abaixo demonstra o funcionamento em um sistema simples com quatro lâmpadas, cada uma conectada a um sensor: Figura 1 - Ilustração do cenário I, sistema simples Fonte: Autoria própria, 2021. O segundo cenário surge da necessidade de teste o sistema no reconhecimento de que uma lâmpada pode ser apagada isoladamente dentro de um conjunto de lâmpadas. Com isso, um sensor precisa estar próximo a três lâmpadas, enquanto uma única lâmpada permanece isoladamente ligada a sensor.

Os dados obtidos no estudo demonstram que mesmo os colaboradores mais conscientes em relação ao uso indiscriminado da energia elétrica não são capazes de produzir a economia de um sistema inteligente para controle de iluminação, com uma diferença que pode chegar a mais de 30% no resultado final do sistema. Com as circunstâncias atuais, devidas à pandemia do novo coronavírus, os ambientes de trabalho contam com menos pessoas, já que boa parte adota o regime home office, logo, é comum que locais apresentem diversas lâmpadas continuamente acesas sem necessidade real. Na situação em destaque, a ferramenta pode ser um importante mecanismo de solução, a contribuir com a prática da sustentabilidade. Os problemas encontrados na elaboração do projeto estão diretamente relacionados à dificuldade de integrar o modelo com um servidor MQTT, pois elaborar um protocolo de comunicação pode ser uma tarefa de alta complexidade, especialmente com as variações provocadas por possíveis quedas de energia, cenário cada vez mais comum por conta da crise energética que enfrenta o Brasil, na atualidade.

Para a realização de um protótipo foi preciso contar com diversos dispositivos ESP8266, todos diferentes, que precisou de muito para a configuração dos seus códigos de controle e programação. FONTES CONSULTADAS BEIENERT, Konrado. Plataforma de controle de intensidade iluminosa. Trabalho de Conclusão de Curso. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. ISHIGURO, Matheus Akio Santos et al. W. M. et al. Desenvolvimento de Aplicação Web para Gerenciamento e Eficientização de Sistema de Iluminação. In: Congresso Brasileiro de Automática-CBA.