SSL - Smart StreetLamp

Participantes:

Jonatas Xavier Silva
Renato Di Grazia Oliveira

Resumo do projeto:

Luminária inteligente aplicada à iluminação pública conectada à internet. Coleta informações de tráfego de pedestres e veículos e ajusta automaticamente a iluminação para níveis mais baixos quando o tráfego é nulo auxiliando na economia de energia.

Descrição do projeto:

g4722

Atualmente o alto consumo de energia elétrica nas grandes cidades tem sido um grave problema, devido ao seu alto custo. Cidades como o município São Paulo estão pesquisando e aplicando novas tecnologias com o intuito de otimizar a utilização da energia em vários sistemas, inclusive o de iluminação pública.

Segundo dados do documento “Iluminação Pública – Guia do Gestor” de autoria do governo de São Paulo, em 2011, de todo o consumo energético do estado de São
Paulo 2,3% foi referente á iluminação pública. Além disso há de se considerar também o custo atual para a realização de manutenção, incluindo troca de postes, troca de lâmpadas e reparos gerais que é elevado e muitas vezes ineficiente por ser difícil de identificar onde estão ocorrendo os problemas.

Uma das novas tecnologias que estão sendo aplicadas no município de São Paulo é a troca das lâmpadas convencionais por lâmpadas LED, visando redução de consumo e maior durabilidade das lâmpadas diminuindo o trabalho de reposição. No entanto, somente a substituição das lâmpadas não resolve inteiramente o desperdício energético e a dificuldade na manutenção. Supondo que em uma determinada rua, em um determinado período noturno não exista a presença de veículos ou pessoas, o sistema atual mantém constante a iluminação desperdiçando energia para gerar uma intensidade luminosa que não é necessária para aquele momento ou ainda supondo que uma das lâmpadas queime o sistema atual também não é capaz de notificar os órgãos responsáveis para que a manutenção seja realizada.

Baseando-se neste princípio o projeto SSL – Smart StreetLamp é um sistema eletrônico composto por uma estrutura de um poste de iluminação pública, sua luminária e opcionalmente um cesto de lixo. A luminária é capaz de monitorar e identificar o tráfego de veículos em uma via pública e o fluxo de pedestres no passeio e assim controlar a intensidade luminosa de forma a otimizar o consumo de energia elétrica no sistema de iluminação pública. Com a opção do cesto de lixo junto à estrutura do posto, será possível ainda otimizar o sistema de coleta de lixo público. Ademais, o SSL – Smart StreetLamp possibilitará o monitoramento do patrimônio público de modo a tornar possível a identificação de vandalismos e estatísticas a serem empregadas na gestão da logística de equipes de manutenção e/ou coleta de lixo.

Funcionamento:

O SSL – Smart StreetLamp possui um sensor de luminosidade para identificar a diminuição da incidência da luz natural (Sol) e assim permitir o acionamento da lâmpada LED, cuja potência será controlada proporcionalmente à presença da luz natural. Desta maneira, à medida que a luz natural diminuir mais potência é fornecida à lâmpada de modo a compensar esta variação e manter a via pública e o passeio devidamente iluminados.

Para otimizar o consumo energético, o SSL – Smart StreetLamp possui um circuito de sensoriamento para monitorar o tráfego de veículos e o fluxo de pessoas para que no momento em que não houver movimentação de pessoas/veículos, por exemplo durante a madrugada, a potência entregue a lâmpada seja reduzida mantendo assim a via e o passeio com um nível mínimo seguro de iluminação. Ao ser detectado novamente o fluxo de pessoas ou de veículos, o SSL – Smart StreetLamp restaura o nível de iluminação requerido de acordo com o sensoriamento de iluminação natural.

A lâmpada LED presente na luminária será constantemente monitorada para proporcionar a capacidade de auto-diagnóstico. Sensores monitorarão os parâmetros elétricos da lâmpada (corrente elétrica e tensão elétrica). No poste haverá também um sensor acelerômetro que monitorará a inclinação da estrutura mecânica do poste e permitirá assim identificar condições de avarias nos postes ocasionados por colisões de veículos ou vandalismo. Opcionalmente a estrutura do poste poderá conter um cesto de lixo. Neste caso, haverá um conjunto de sensores especíẠcos para monitorar a presença do cesto de lixo, permitindo assim identificar a remoção do cesto de lixo por vandalismo e ainda monitorar o volume de lixo presente no cesto.

As informações colhidas pelos sensores serão enviadas por meio de uma interface de comunição Wi-Fi à um sistema supervisório que possibilitará ao órgão competente identificar onde há a necessidade de qualquer tipo de manutenção, a saber:
• Elétrica: necessidade de troca de lâmpada;
• Mecânica: necessidade de troca da estrutura do poste, necessidade de colocação de um cesto de lixo na estrutura do poste, pois o que lá existia foi removido;
• Serviço de coleta de lixo: coleta de lixo devido ao cesto de lixo conter volume de lixo elevado.

Diagrama de Blocos do Sistema SSL:

Diagrama de Blocos

Referência:

http://www.energia.sp.gov.br/a2sitebox/arquivos/documentos/519.pdf

Histórico do desenvolvimento:

28/08/2016 – Primeira reunião de projeto

Em nossa primeira reunião levantamos todos os pontos primordiais para o desenvolvimento do sistema SSL.

 

Um dos pontos chaves da discussão foi a utilização de um novo hardware para realizar o controle das funções da lixeira. O hardware escolhido foi a placa Freedom board – KE02Z – Kinetis, segue imagem abaixo:

ke02

Outro ponto muito importante discutido foi quais seriam os sensores utilizados para realizar a medição do tráfego de pessoas e veículos, realizar a medição da iluminação do ambiente, identificar a o nível de lixo na lixeira, abertura de tampa da lixeira,posição da lixeira em relação ao poste e as avarias no poste.

Decidimos utilizar os seguintes sensores:

Sensor de Luz BH1750FVI Lux para a medição da iluminação do ambiente:

Sensor luz

2 Sensores Ultrassônico HC-SR04 para a medição do tráfego de veículos:

ultrassom

Sensor de Movimento Presença PIR para realizar a medição do tráfego de pessoas;

sensorPIR
LED’s IR – Emissor e Receptor para identificação do nível de lixo presente na lixeira;

Infravermelho

Sensor Acelerômetro Bosch BMI160 para identificar avarias no poste (O display também será utilizado no sistema para mostrar algumas informações fundamentais):

acelerometro

2 Senhores magnéticos para identificação de abertura de tampa da lixeira e se a lixeira está presa ao poste de iluminação:

SensMagnetico

Enquanto o material enviado pelo site embarcados não chegava ficou decido seguir as seguintes atividades:

SEMANA 1

  • Comprar material faltante;
  • Iniciar desenvolvimento da luminária LED e drive de potência eletrônico;
  • Estudar e instalar as ferramentas de desenvolvimento para o processador LPC;
  • Desenvolver módulo eletrônico de controle da lixeira;
  • Iniciar testes com placa Wi-Fi ESP8266;
  • Atualizar informações do blog.

Por fim foi desenvolvida a arquitetura básica do sistema:

diagrama-de-ligacoes

Segunda reunião – 07/09/2016

  • Revisamos alguns esquemáticos, e iniciamos a implementação do software para a KE02 que fará o controle da lixeira;
  • Iniciamos o estudo da placa LPCXpresso;
  • E definimos as metas da SEMANA 2;

Hardware:

29/08/2015 – Desenvolvimento de fonte para o sistema:

Decidimos utilizar uma fonte que seja regulável, pois o projeto pode sofrer alterações durante os próximos dias e isso pode impactar nos níveis de tensão escolhidos. Para isso escolhemos utilizar um regulador LM317. Segue circuito desenvolvido:

Fonte

fonte2

Abaixo segue a placa desenvolvida:

Sem título

30/08/2015 – Desenvolvimento de circuito eletrônico para controle dos LED’s da luminária:

A luminária será composta por 40 LED’s de com branca com potencia total de aproximadamente 4W de potência. A dimerização será realizada através de modulação PWM gerada através da placa
LPCXpresso4337. Ao circuito foi adicionado um resistor de shunt para que a corrente total que passa através dos LED’s possa ser monitorada pelo microcontrolador (R12 e R13). Abaixo segue o esquemático do circuito mencionado acima:

DriveLED

driver

31/08/2016 – Desenvolvimento da placa eletrônica para controle dos LED’s da luminária:

Após o desenvolvimento do circuito, a placa foi fabricada:

3Sem título2

*tivemos uns probleminhas de layout, mas devido ao curto tempo de desenvolvimento, resolvemos com alguns jumpers. Gambiarra também faz parte kkkk!!!!!!

01/09/2016 – Desenvolvimento de circuito para LED’s IR:

IMG_20160902_214347272

05/09/2016 – Montagem de sensores na Lixeira

Como já falado antes, os sensores IR foram instalados na lixeira para fazer a medição do volume de lixo presente e o sensor magnético para identificar a abertura da tampa. Abaixo seguem imagens desta montagem:

20160907_140659 20160907_140717

07/09/2016 – Desenvolvimento do esquemático da placa de controle dos LED’s IR e RS485

Esta placa será um shield que encaixará na placa Freedom Board KE02, segue abaixo o esquemático:

ir

 

Software/Firmware:

Referências: