BR102022015504A2

BR102022015504A2 - TEACHING BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING

Info

Publication number: BR102022015504A2
Application number: BR102022015504-6A
Authority: BR
Inventors: Danilo Barros De Oliveira
Original assignee: Danilo Barros De Oliveira
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2024-02-06

Abstract

bancada didática para estudo de automação residencial e predial com uso de internet das coisas e computação em nuvem. a presente invenção refere-se a uma bancada didática de ensino, com propósito de auxiliar as aulas práticas de laboratório na área de automação residencial e predial. através da utilização de módulos específicos de treinamento, compostos por sensores e atuadores eletroeletrônicos, a serem fixados no painel principal da bancada, o professor irá conduzir os alunos a realização das tarefas práticas descritas no roteiro de experimentos que acompanha a bancada. os módulos contendo os dispositivos eletroeletrônicos serão interligados através de cabos flexíveis de alta isolação e terminações tipo agulha para conexão em bornes de ligação tipo kre, todos os experimentos poderão ser realizados com extrema segurança e praticidade durante as instalações dos dispositivos. o roteiro de experimentos que acompanha a bancada didática contém 08 aulas práticas divididas em quatro módulos de aplicação que tornarão as aulas mais dinâmicas e produtivas.teaching bench for studying residential and building automation using the internet of things and cloud computing. The present invention refers to a didactic teaching bench, with the purpose of assisting practical laboratory classes in the area of residential and building automation. Through the use of specific training modules, composed of sensors and electronic actuators, to be fixed to the main panel of the bench, the teacher will guide the students to carry out the practical tasks described in the experiment script that accompanies the bench. the modules containing the electronic devices will be interconnected using highly insulated flexible cables and needle-type terminations for connection to kre-type connection terminals. All experiments can be carried out with extreme safety and practicality during device installation. The experiment guide that accompanies the teaching bench contains 8 practical classes divided into four application modules that will make classes more dynamic and productive.

Description

Field of Invention

001 A presente invenção refere-se a uma BANCADA DIDÁTICA PARA ESTUDO DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL E PREDIAL COM USO DE INTERNET DAS COISAS E COMPUTAÇÃO EM NUVEM através da realização de procedimentos práticos sobre sistemas de automação residencial e predial, permitindo a execução de uma série de experimentos didáticos ligados ao ensino de automatização de circuitos presentes em uma habitação, como o controle e monitoramento de sistemas iluminação e funcionamento de eletrodomésticos, controle de acesso, conforto térmico, segurança e comunicações em rede. Tendo como setores técnicos de aplicação os sistemas controlados por um computador e comunicações de rede sem fio. Dispondo ainda de características técnicas para abordagem de conceitos básicos de tecnologias habilitadoras da quarta revolução industrial como a Internet das Coisas e Computação em Nuvem.001 The present invention refers to a DIDACTIC BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING by carrying out practical procedures on residential and building automation systems, allowing the execution of a series of experiments didactics linked to teaching the automation of circuits present in a home, such as the control and monitoring of lighting systems and the operation of household appliances, access control, thermal comfort, security and network communications. The technical application sectors include systems controlled by a computer and wireless network communications. It also has technical characteristics to approach the basic concepts of enabling technologies of the fourth industrial revolution such as the Internet of Things and Cloud Computing.

002 O campo de aplicação da invenção ora pleiteada é o segmento da educação. De maneira geral, o setor tecnológico de equipamentos didáticos de laboratório e se refere, de modo mais específico, a um conjunto para ensino de automatização e controle das instalações elétricas prediais, que possibilita aos alunos, praticar os ensinamentos aprendidos nas aulas teóricas.002 The field of application of the invention claimed here is the education segment. In general, the technological sector of teaching laboratory equipment refers, more specifically, to a set for teaching automation and control of building electrical installations, which allows students to practice the lessons learned in theoretical classes.

003 Mais especificamente a invenção refere-se a uma bancada composta por uma estrutura física para realização de montagens práticas, em formato de painel, contendo eletrodutos e caixas de passagem de condutores elétricos, dispostos de modo que permitam a simulação da realização da passagem dos cabos e interconexão dos dispositivos eletroeletrônicos com base na Norma Técnica 5410 da ABNT referente a instalações elétricas de baixa tensão. Para fabricação da bancada devem ser utilizados dispositivos eletroeletrônicos como sensores responsáveis pelo monitoramento das variáveis de ambiente, uma central de controle centralizado responsável pelo processamento das variáveis e conectividade dos dispositivos através de conceitos tecnológicos sobre internet das coisas e computação em nuvem, e atuadores que são responsáveis por alterar a condição da variável do ambiente controlado.003 More specifically, the invention refers to a bench composed of a physical structure for carrying out practical assemblies, in panel format, containing conduits and electrical conductor junction boxes, arranged in a way that allows the simulation of the passage of cables and interconnection of electronic devices based on ABNT Technical Standard 5410 regarding low voltage electrical installations. To manufacture the bench, electronic devices must be used, such as sensors responsible for monitoring environmental variables, a centralized control center responsible for processing variables and device connectivity through technological concepts on the internet of things and cloud computing, and actuators that are responsible for changing the condition of the controlled environment variable.

Fundamentals of Invention

004 Há uma crescente demanda do setor educacional por soluções que garantam aos alunos experiências similares às encontradas no mercado de trabalho, tendo as instituições de ensino e os setores de treinamento das indústrias, como potenciais consumidores destas soluções. Estes setores costumam adquirir bancadas didáticas, para treinamento de funcionários e aprendizado dos alunos através da realização de aulas práticas. As mais diversas áreas do ensino técnico, assim como os mais variados maquinários na indústria, requerem uma bancada didática para treinamento dos recursos humanos.004 There is a growing demand from the educational sector for solutions that guarantee students experiences similar to those found in the job market, with educational institutions and industry training sectors as potential consumers of these solutions. These sectors usually acquire teaching benches for employee training and student learning through practical classes. The most diverse areas of technical education, as well as the most varied machinery in industry, require a teaching bench for training human resources.

005 Há uma carência de profissionais qualificados para atender as demandas de desenvolvimento, projeto, automação e integração das instalações elétricas prediais. Estes profissionais devem ser responsáveis por projetar e implantar o sistema de automação na habitação. Em função das diferentes tecnologias envolvidas nos sistemas de automação residencial e predial, da sua complexidade de projeto, instalação e programação, existe uma demanda de especialização do profissional que nele atua, para isto são necessárias ferramentas aplicadas ao contexto educacional para qualificação destes recursos humanos, estas podem assumir o formato de uma bancada didática, onde o usuário tem a possibilidade de desenvolver em ambiente controlado, pedagogicamente planejado, as competências necessárias para atuar no exercício da profissão.005 There is a lack of qualified professionals to meet the demands of development, design, automation and integration of building electrical installations. These professionals must be responsible for designing and implementing the automation system in the home. Due to the different technologies involved in residential and building automation systems, their complexity in design, installation and programming, there is a demand for specialization of the professional who works in them, for this, tools applied to the educational context are needed to qualify these human resources, These can take the form of a teaching bench, where the user has the possibility of developing, in a controlled, pedagogically planned environment, the skills necessary to work in the profession.

006 As bancadas didáticas que simulam ou possibilitam o estudo das instalações elétricas prediais atualmente existentes estão moldadas para atender a prática de montagem dos circuitos elétricos “tradicionais”, onde não são empregadas tecnologias de comunicação em redes dos dispositivos elétricos. É nítida a falta de recursos técnicos nestas bancadas que permitam a formação de profissionais qualificados nas tecnologias habilitadoras da quarta revolução industrial, como a internet das coisas e computação em nuvem, sejam de técnicos de nível médio como também de nível superior.006 The teaching benches that simulate or enable the study of currently existing building electrical installations are designed to meet the practice of assembling “traditional” electrical circuits, where communication technologies are not used in electrical device networks. There is a clear lack of technical resources in these benches that allow the training of qualified professionals in the enabling technologies of the fourth industrial revolution, such as the internet of things and cloud computing, whether for mid-level or higher-level technicians.

007 Existe uma lacuna técnica no mercado de bancadas didáticas quando se considera a existência de soluções aplicadas para capacitação de recursos humanos para o setor de automação residencial e predial que façam uso de tecnologias como a internet das coisas e a computação em nuvem. Sendo encontrados apenas conjuntos didáticos que proporcionam o estudo de instalações elétricas prediais “tradicionais”, não havendo incorporação nestes, de possibilidades para estudos das tecnologias citadas, fato que apoia as características de novidade do equipamento objeto deste pedido de registro de patente.007 There is a technical gap in the market for teaching benches when considering the existence of solutions applied to training human resources for the home and building automation sector that make use of technologies such as the internet of things and cloud computing. Only didactic sets were found that provide the study of “traditional” building electrical installations, with no incorporation in these of possibilities for studying the aforementioned technologies, a fact that supports the novelty characteristics of the equipment subject of this patent registration application.

008 A bancada didática para estudo de automação residencial e predial com uso de internet das coisas e computação em nuvem proposta, disponibiliza para além do desenvolvimento das competências de instalação e configuração de dispositivos “prontos” encontrados no mercado, a possibilidade para que os usuários possam desenvolver também as habilidades de desenvolvimento de soluções únicas em função de demandas específicas pertinentes ao mercado de instalações de automação residencial e predial, através do desenvolvimento de sistemas únicos com o uso de dispositivos embarcados microcontrolados que fornecem recursos técnicos de integração com os paradigmas de uso das tecnologias como a Internet das Coisas e a Computação em Nuvem.008 The proposed teaching bench for studying residential and building automation using the internet of things and cloud computing, provides, in addition to the development of installation and configuration skills for “ready-made” devices found on the market, the possibility for users to also develop the skills for developing unique solutions based on specific demands pertinent to the residential and building automation installations market, through the development of unique systems using microcontrolled embedded devices that provide technical resources for integration with the use paradigms of technologies such as the Internet of Things and Cloud Computing.

Related technique

009 Para ilustrar o estado da técnica no setor de bancadas didáticas para treinamento semelhantes a proposta, pode ser levada em consideração a Bancada Didática de Instalações Elétricas Residenciais e Prediais da fabricante ALGETEC, segundo informações da fabricante, a bancada oferece ao aluno um contato mais próximo com os instrumentos e componentes utilizados nas instalações residenciais e prediais, abordando desde os conceitos básicos de eletricidade até ligações sofisticadas envolvendo automação. A bancada é composta por módulos de ensaios com pontos de testes, permitindo a montagem dos circuitos elétricos e visualização dos sinais, sendo o Módulo 01: Distribuição e Acionamento de Lâmpadas, Módulo 02: Automação Residencial, Módulo 03: Temporização e Elementos de Telecomunicações. No entanto, esta bancada apresenta desvantagens em relação ao objeto deste pedido de patente, por não fazer referência a nenhum sistema de controle por computador que disponham de características técnicas que contemplem o emprego de tecnologias como a internet das coisas e a computação em nuvem.009 To illustrate the state of the art in the sector of didactic benches for training similar to the proposal, the Didactic Bench for Residential and Building Electrical Installations from the manufacturer ALGETEC can be taken into consideration, according to information from the manufacturer, the bench offers the student closer contact with instruments and components used in residential and building installations, covering everything from basic electrical concepts to sophisticated connections involving automation. The bench is made up of test modules with test points, allowing the assembly of electrical circuits and visualization of signals, with Module 01: Distribution and Activation of Lamps, Module 02: Home Automation, Module 03: Timing and Telecommunications Elements. However, this bench presents disadvantages in relation to the object of this patent application, as it does not make reference to any computer control system that has technical characteristics that include the use of technologies such as the internet of things and cloud computing.

0010 A Exsto Tecnologia apresenta em seu catálogo de produtos o Banco de Ensaios em automação residencial XI502. Segundo a fabricante, o produto foi concebido para permitir o desenvolvimento de competências nos principais temas envolvidos no ramo da Domótica, possui módulos interruptores, lâmpadas, relé, fotocélula, disjuntores, além de outros dispositivos de segurança. Possuí também um relé programável onde o aluno irá aprender a programar a fazer lógicas de controle, além de módulo de automação residencial que envolvem as tecnologias KNX e Zigbee. Apesar de fazer referência a utilização de um relé programável, que pode ser considerado um computador, no entanto, esta bancada apresenta as desvantagens em relação ao objeto deste pedido de patente, devido ao dispositivo de controle tratar-se de um Controlador Lógico Programável, da fabricante Siemens, modelo LOGO 02, as características técnicas deste dispositivo não oferecem os requisitos técnicos necessários para interconectividade através do paradigmas pertinentes à conexão através da internet das coisas e aquisição de dados por meio da computação em nuvem.0010 Exsto Tecnologia presents the XI502 Home Automation Test Bench in its product catalog. According to the manufacturer, the product was designed to allow the development of skills in the main topics involved in the field of Home Automation, it has switch modules, lamps, relays, photocells, circuit breakers, as well as other safety devices. It also has a programmable relay where the student will learn how to program control logic, as well as a home automation module that involves KNX and Zigbee technologies. Despite making reference to the use of a programmable relay, which can be considered a computer, however, this bench presents disadvantages in relation to the object of this patent application, due to the control device being a Programmable Logic Controller, of Manufacturer Siemens, model LOGO 02, the technical characteristics of this device do not offer the necessary technical requirements for interconnectivity through paradigms relevant to connection through the internet of things and data acquisition through cloud computing.

0011 A bancada didática para estudo de automação residencial e predial apresenta como principal novidade a disponibilidade de recursos de interconectividade entre os dispositivos através de redes de comunicação Wifi e Bluetooth, abarcando as tecnologias habilitadoras da chamada indústria 4.0 como Internet das Coisas e Computação em Nuvem. Inova também no método utilizado para construção dos conhecimentos através das metodologias ativas de aprendizagem empregadas nos roteiros de experimentos que dão suporte às montagens práticas.0011 The teaching bench for studying residential and building automation presents as its main novelty the availability of interconnectivity resources between devices through Wifi and Bluetooth communication networks, encompassing the enabling technologies of the so-called industry 4.0 such as the Internet of Things and Cloud Computing. It also innovates in the method used to build knowledge through active learning methodologies used in the experiment scripts that support practical setups.

0012 A patente de número BR 202017016938-9 U2 e título Disposição aplicada em bancada didática de circuitos elétricos de iluminação em série e em paralelo consiste de uma bancada compacta montada em uma caixa isolada eletricamente, capaz de fazer uma série de ensaios didáticos ligados ao ensino de circuitos elétricos em série e em paralelo cujos resultados podem ser acompanhados pela medição nos instrumentos como voltímetro e amperímetros e visualização pela variação da intensidade da luminosidade das lâmpadas instaladas nos bocais.0012 Patent number BR 202017016938-9 U2 and title Arrangement applied to a didactic bench of electrical lighting circuits in series and in parallel consists of a compact bench mounted in an electrically isolated box, capable of carrying out a series of didactic tests linked to teaching of electrical circuits in series and in parallel whose results can be monitored by measuring instruments such as voltmeters and ammeters and visualizing the variation in the intensity of the luminosity of the lamps installed in the nozzles.

0013 A patente de número Pl 9601926-3 A e título Conjunto didático para eletrônica trata-se de um conjunto didático composto por vários componentes básicos utilizados nos circuitos eletrônicos, para iniciação no aprendizado da eletrônica.0013 Patent number Pl 9601926-3 A and title Didactic set for electronics is a didactic set made up of several basic components used in electronic circuits, for initiation into learning electronics.

0014 As invenções supracitadas apresentam algumas vantagens, no qual o produto é capaz de proporcionar o acompanhamento dos testes de forma instrumental e visual, por possuir os instrumentos que apresentam as medidas em tempo real, dos ensaios ligados ao ensino de circuitos elétricos em série e em paralelo das lâmpadas. Entretanto são perceptíveis algumas desvantagens presentes na mesma em relação a bancada objeto deste pedido de registro de patente, por serem bancadas didáticas nas quais as características técnicas possibilitam apenas a montagem de circuitos de iluminação e eletrônica básica, sem oferecer nenhum recurso para automação ou controle dos circuitos montados que abarquem os paradigmas da Internet das Coisas ou Computação em Nuvem.0014 The aforementioned inventions have some advantages, in which the product is capable of providing monitoring of tests in an instrumental and visual way, as it has instruments that present measurements in real time, of tests linked to the teaching of electrical circuits in series and in parallel of the lamps. However, some disadvantages present in it are noticeable in relation to the bench object of this patent registration application, as they are teaching benches in which the technical characteristics only allow the assembly of lighting circuits and basic electronics, without offering any resources for automation or control of the assembled circuits that encompass the Internet of Things or Cloud Computing paradigms.

0015 Considerando que os dispositivos de controle das bancadas semelhantes mencionadas não apresentam recursos computacionais que permitam a realização de procedimentos que abarquem técnicas de interconectividade com a Internet das Coisas e a Computação em Nuvem, estes apesar de semelhantes, claramente não contemplam a funcionalidade técnicas promovidas pela bancada didática objeto deste pedido de patente.0015 Considering that the control devices of the similar benches mentioned do not present computational resources that allow the carrying out of procedures that encompass interconnectivity techniques with the Internet of Things and Cloud Computing, although these are similar, they clearly do not include the technical functionality promoted by teaching bench object of this patent application.

0016 Não existe documento público que permita inferir esta solução, não sendo encontrados no estado da técnica produtos/equipamentos voltados para o processo de ensino-aprendizagem de automação residencial e predial no contexto educacional igual ao proposto neste pedido de registro de patente, que apresentem características técnicas a ponto de comprometer o requisito de novidade do produto.0016 There is no public document that allows this solution to be inferred, and no products/equipment aimed at the teaching-learning process of home and building automation in the educational context are found in the state of the art, similar to those proposed in this patent registration application, which present characteristics techniques to the point of compromising the product's novelty requirement.

0017 Portanto, apesar dos trabalhos anteriores não apontarem esse mesmo caminho, o inventor surpreendentemente desenvolveu uma bancada didática onde a integração de sistemas embarcados de automação e controle, permitem a realização de procedimentos práticos voltados ao estudo de automação das instalações elétricas residenciais e prediais, apresentando tecnologias de comunicação de dados em redes capaz de possibilitar a integração das instalações elétricos com os paradigmas da Internet das Coisas e Computação em Nuvem.0017 Therefore, despite previous works not pointing to this same path, the inventor surprisingly developed a didactic bench where the integration of embedded automation and control systems allows the carrying out of practical procedures aimed at studying the automation of residential and building electrical installations, presenting data communication technologies in networks capable of enabling the integration of electrical installations with the Internet of Things and Cloud Computing paradigms.

Summary of the invention

0018 A requerente descobriu que embora haja no mercado bancadas didáticas que promovem a possibilidade de estudos de sistemas de automação das instalações elétricas prediais, estas ainda carecem de características técnicas que o pedido de registro de patente em tela visa preencher. Através da constituição de uma central de controle composta por microcontroladores embarcados que permitem um alto grau de personalização dos sistemas de automação, oferecem ainda todos recursos técnicos compatíveis com o emprego das tecnologias habilitadoras da quarta revolução industrial como a internet das coisas e a computação em nuvem. Apresenta ainda um baixo custo de produção, pois ao contrário das bancadas disponíveis atualmente no mercado que fazem uso de dispositivos “prontos” de fabricantes de equipamentos elétricos, o que limita as possibilidades de personalização da automação, a bancada didática objeto deste pedido de registro de patente utiliza para realização das automações hardwares abertos, que permitem total liberdade para criação de sistemas de automação altamente personalizados com as demandas de cada contratante.0018 The applicant discovered that although there are teaching benches on the market that promote the possibility of studying automation systems for building electrical installations, they still lack the technical characteristics that the application for patent registration in question aims to fulfill. Through the creation of a control center composed of embedded microcontrollers that allow a high degree of customization of automation systems, they also offer all technical resources compatible with the use of enabling technologies of the fourth industrial revolution such as the internet of things and cloud computing. . It also has a low production cost, as unlike benches currently available on the market that use “ready-made” devices from electrical equipment manufacturers, which limits the possibilities for customizing automation, the teaching bench object of this application for registration of patent uses open hardware automation to create automation, which allows total freedom to create highly personalized automation systems to meet the demands of each contractor.

Brief description of the Figures

0019 Para maior compreensão da invenção, apresenta-se o desenho em três perspectivas (vista frontal, superior e lateral direita) que ilustram seu formato, disposição de componentes e o possibilitam entender seu funcionamento. Na descrição, aponta-se com números os diferentes componentes da invenção para, além de localizá-lo, explicar sua função.0019 For a greater understanding of the invention, the drawing is presented in three perspectives (front, top and right side view) that illustrate its shape, arrangement of components and enable you to understand its operation. In the description, the different components of the invention are indicated with numbers to, in addition to locating them, explain their function.

0020 FIGURA 1: Vista frontal da bancada didática. 1 - Quadro de força e controle. 2 - Caixas para fixação dos dispositivos de comando e controle. 3 - Suporte para dispositivos de iluminação. 4 - Eletrodutos para passagem dos condutores.0020 FIGURE 1: Front view of the teaching bench. 1 - Strength and control chart. 2 - Boxes for fixing command and control devices. 3 - Support for lighting devices. 4 - Conduits for the passage of conductors.

0021 FIGURA 2: mostra a vista em inferior da bancada didática.0021 FIGURE 2: shows the bottom view of the teaching bench.

0022 FIGURA 3: mostra a vista em perspectiva da bancada didática.0022 FIGURE 3: shows the perspective view of the teaching bench.

0023 FIGURA 4: mostra a vista da lateral direita da bancada didática.0023 FIGURE 4: shows the view of the right side of the teaching bench.

0024 FIGURA 5: mostra a configuração do quadro de força e controle da bancada didática. 1 - Disjuntores de proteção e manobra; 2 - Arduino Uno R3 com Shield Ethernet W5100; 3 - Módulo Bluetooth HC-06; 4 - NodeCMU ESP- WROOM 32. 5 - Módulo relé 5V 8 canais.0024 FIGURE 5: shows the configuration of the force and control board of the teaching bench. 1 - Protection and maneuver circuit breakers; 2 - Arduino Uno R3 with W5100 Ethernet Shield; 3 - HC-06 Bluetooth module; 4 - NodeCMU ESP- WROOM 32. 5 - 5V 8-channel relay module.

0025 FIGURA 6: mostra a vista superior da placa da central de controle.0025 FIGURE 6: shows the top view of the control center board.

0026 FIGURA 7: mostra a vista em perspectiva da central de controle.0026 FIGURE 7: shows the perspective view of the control center.

Detailed description of the invention

0027 A BANCADA DIDÁTICA PARA ESTUDO DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL E PREDIAL COM USO DE INTERNET DAS COISAS E COMPUTAÇÃO EM NUVEM objeto desta solicitação de patente, consiste de uma bancada compacta, montada em uma estrutura isolada eletricamente, capaz de fazer uma série de ensaios didáticos ligados ao ensino de circuitos elétricos para automação residencial.0027 THE DIDACTIC BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING object of this patent application, consists of a compact bench, mounted on an electrically isolated structure, capable of carrying out a series of didactic tests linked to the teaching electrical circuits for home automation.

0028 Mais especificamente a invenção se refere a uma estrutura de bancada montada num painel em material eletricamente isolante como o MDF, MDP ou plástico, com suportes laterais metálicos e tomada para ligação a rede de energia elétrica, e disposição dos componentes eletroeletrônicos que disponibilizam os recursos tecnológicos da bancada. Esta permitirá que o aluno realize a execução dos experimentos práticos contidos em um roteiro de experimentos, possibilitando a realização de simulações de montagens práticas de sistemas de automação e controle que permitirão o aprendizado gradativo aplicando as principais técnicas sobre Automação Residencial e Predial com uso de internet das coisas e computação em nuvem.0028 More specifically, the invention refers to a bench structure mounted on a panel in electrically insulating material such as MDF, MDP or plastic, with metallic side supports and socket for connection to the electricity network, and arrangement of the electronic components that provide the resources bench technology. This will allow the student to carry out practical experiments contained in an experiment script, enabling simulations of practical assembly of automation and control systems that will allow gradual learning by applying the main techniques on Residential and Building Automation using the internet of things and cloud computing.

0029 A bancada permitirá a realização de procedimentos práticos que serão divididos em quatro grupos de aplicação, sendo: Módulo 01 - Interfaces para controle e monitoramento remoto baseadas em IoT e computação em nuvem, utiliza de aplicação mobile de controle a distância para alterar o estado dos dispositivos eletroeletrônicos através da conexão com a internet e o monitoramento, controle e aquisição de dados em nuvem; o Módulo 02 - Automatização e Conforto, conterá roteiros para montagem de circuitos de automação de lâmpadas e equipamentos elétricos de forma local, remota ou autônoma; o Módulo 03 - Segurança, abarcará a automação sistema de monitoramento de gás combustível como o GLP e controle eletrônico de acesso; por fim o Módulo 04 - Eficiência Energética, tratará sobre sistemas de monitoramento de consumo de energia. Cada módulo para realização de procedimento prático conterá softwares embarcados, desenvolvidos em linguagem de programação C, com os códigos de instruções para monitoramento e controle de cada grupo de aplicação.0029 The bench will allow practical procedures to be carried out that will be divided into four application groups, as follows: Module 01 - Interfaces for remote control and monitoring based on IoT and cloud computing, uses a mobile remote control application to change the state of electronic devices through internet connection and cloud monitoring, control and data acquisition; Module 02 - Automation and Comfort, will contain scripts for assembling automation circuits for lamps and electrical equipment locally, remotely or autonomously; Module 03 - Security, will cover the automation of combustible gas monitoring systems such as LPG and electronic access control; Finally, Module 04 - Energy Efficiency, will deal with energy consumption monitoring systems. Each module for carrying out practical procedures will contain embedded software, developed in the C programming language, with instruction codes for monitoring and controlling each application group.

0030 A estrutura física da bancada consiste em uma chapa de MDF disposta na horizontal, medindo 1,00m (um) metro de largura por 0,65 metros de altura, acima desta, é utilizada uma outra chapa de MDF perpendicular a primeira, medindo 1,00m (um) metro largura por 0,35 profundidade, disposta na parte superior da bancada. Para fixação das chapas em MDF, são utilizados dois suportes metálicos em formato de I nas laterais da bancada. Esta estrutura tem por objetivo simular a realização dos procedimentos de execução de instalações elétricas em paredes e tetos de uma edificação. A FIGURA 1 detalha a estrutura física da bancada descrita.0030 The physical structure of the bench consists of an MDF sheet arranged horizontally, measuring 1.00m (one) meter wide by 0.65 meters high, above this, another MDF sheet perpendicular to the first, measuring 1 .00m (one) meter wide by 0.35 deep, arranged on the top of the bench. To fix the MDF sheets, two I-shaped metal supports are used on the sides of the bench. This structure aims to simulate the execution of electrical installation procedures on walls and ceilings of a building. FIGURE 1 details the physical structure of the bench described.

0031 Para simulação das instalações dos dispositivos como sensores e dispositivos de comandos elétricos realizadas em paredes, são utilizados conduletes de PVC de % polegada.0031 To simulate the installation of devices such as sensors and electrical control devices carried out on walls, % inch PVC conduits are used.

0032 Para simulação das instalações dos dispositivos dos sensores e dispositivos de comando elétricos realizadas no teto, são utilizados caixas octogonais de PVC de % polegada.0032 To simulate installations of sensor devices and electrical control devices carried out on the ceiling, octagonal % inch PVC boxes are used.

0033 Sobre a estrutura física da bancada, estão fixados um quadro de distribuição em PVC medindo 0,30 x 0,30 metros onde estão acondicionados os sistemas embarcados da central de controle dos circuitos de automação presentes na bancada, como também os dispositivos de proteção e manobra da alimentação elétrica.0033 On the physical structure of the bench, a PVC distribution board measuring 0.30 x 0.30 meters is fixed, where the embedded systems of the control center of the automation circuits present on the bench are housed, as well as the protection devices and electrical supply operation.

0034 Para simular os caminhos entre o quadro de geral de uma instalação elétrica predial com os pontos de controle e monitoramento dos circuitos, são fixados na bancada didática eletrodutos de PVC com % polegada interligando o quadro de distribuição com a central de controle, os conduletes de PVC e caixas octogonais, por estes passam os condutores elétricos utilizados nas interligações dos componentes eletroeletrônicos que compõem os módulos de aplicação da bancada didática.0034 To simulate the paths between the general framework of a building electrical installation and the control and monitoring points of the circuits, PVC conduits measuring % inch are fixed to the didactic bench, interconnecting the distribution panel with the control center, the conduits of PVC and octagonal boxes, through which the electrical conductors used in the interconnections of the electronic components that make up the application modules of the didactic bench pass.

0035 Para confecção da central de controle são utilizados os sistemas embarcados Arduino Uno R3, Shield Ethernet W5100, um módulo Bluetooth HC- 06 e um chip NodeCMU ESP-WROOM 32. A interligação e configuração destes dispositivos são responsáveis por fornecer à bancada didática os recursos computacionais necessários para a implementação das tecnologias habilitadoras da quarta revolução industrial como a Internet das Coisas e a Computação em Nuvem.0035 To create the control center, the Arduino Uno R3, Shield Ethernet W5100, a Bluetooth module HC-06 and a NodeCMU ESP-WROOM 32 chip are used. The interconnection and configuration of these devices are responsible for providing the teaching bench with the resources computing resources necessary for the implementation of enabling technologies of the fourth industrial revolution such as the Internet of Things and Cloud Computing.

0036 A central de controle da bancada didática é dual core, ou seja, possui 2 processadores. Possui possibilidades de conexões em redes sem fio Wi-Fi e Bluetooth integrados. A frequência do clock pode alcançar os 240MHz e tem uma memória RAM de 512 kB. A central disponibiliza 30 bornes de conexão para os dispositivos externos como os sensores e atuadores das instalações elétricas prediais.0036 The teaching bench control center is dual core, that is, it has 2 processors. It has integrated Wi-Fi and Bluetooth wireless connection possibilities. The clock frequency can reach 240MHz and has a RAM of 512 kB. The control unit provides 30 connection terminals for external devices such as sensors and actuators for building electrical installations.

0037 Os módulos de aplicação da bancada didática são composto pelos seguintes componentes montados em placas isolantes de PVC: 03 interruptores simples, 03 lâmpadas LED 9 watts, Módulo Relé SPDT de 08 canais, 03 tomadas 2P + T NBR 14136, Kit RFID RC-522, Sensor de Gás MQ-2, 02 lâmpadas de sinalização vermelha, 02 lâmpadas de sinalização verde, 01 Buzzer, 03 resistores de 200 ohms, 03 resistores de 10k ohms, 03 resistores de 100 ohms, 01 sensor de tensão CA ZMPT101B, 01 sensor de corrente CA SCT-013-030, 03 capacitores 10 uF, 01 Sensor de umidade e temperatura DHT11, 01 Sensor de gás MQ-135, 01 Sensor infravermelho passivo (PIR) HC-SR501, 01 Campainha Piezo Ativa de 5V .0037 The teaching bench application modules are made up of the following components mounted on PVC insulating plates: 03 simple switches, 03 9 watt LED lamps, 08 channel SPDT Relay Module, 03 2P + T NBR 14136 sockets, RC-522 RFID Kit , MQ-2 Gas Sensor, 02 red signaling lamps, 02 green signaling lamps, 01 Buzzer, 03 200 ohm resistors, 03 10k ohm resistors, 03 100 ohm resistors, 01 ZMPT101B AC voltage sensor, 01 sensor of AC current SCT-013-030, 03 10 uF capacitors, 01 DHT11 humidity and temperature sensor, 01 MQ-135 gas sensor, 01 Passive infrared sensor (PIR) HC-SR501, 01 5V Active Piezo Buzzer.

0038 Voltada para o desenvolvimento de treinamentos, palestras e para as aulas práticas das instituições de ensino e aos colaboradores de empresas que utilizam as tecnologias de automação residencial e predial, a bancada permite aos usuários ter contato com modelos simplificados de sistemas de automação predial encontrados no mercado de trabalho, através da execução dos experimentos práticos, serão motivados a ter um pensamento mais crítico sobre os processos de automação. O aprendiz que se depara com problemas e desenvolve soluções em situações práticas num ambiente de treinamento controlado se encontra apto a solucionar problemas na empresa em que estiver trabalhando.0038 Aimed at the development of training, lectures and practical classes for educational institutions and employees of companies that use residential and building automation technologies, the bench allows users to have contact with simplified models of building automation systems found in job market, through the execution of practical experiments, they will be motivated to think more critically about automation processes. The apprentice who encounters problems and develops solutions in practical situations in a controlled training environment is able to solve problems in the company in which he or she is working.

0039 A bancada didática objeto deste pedido de patente poderá ser comercializada para Instituições de Ensino que promovam a Educação Profissional e Tecnológica, como também para empresas que desejam realizar a formação continuada de seus profissionais em sistemas de Automação Residencial e Predial. Destinada a uso para capacitação de recursos humanos no setor acadêmico e industrial nas áreas de eletrotécnica, eletrônica, redes de comunicação e automação e controle.0039 The teaching bench object of this patent application can be sold to Educational Institutions that promote Professional and Technological Education, as well as to companies that wish to carry out the continued training of their professionals in Residential and Building Automation systems. Intended for use for training human resources in the academic and industrial sector in the areas of electrical engineering, electronics, communication networks and automation and control.

Claims

001. DIDACTIC BENCH FOR RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION STUDY USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING characterized by being a compact bench, mounted in an electrically isolated structure, capable of carrying out a series of didactic tests linked to the teaching of electrical circuits for residential and building automation.

002. TEACHING BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING according to claim 1, characterized by containing a physical structure composed of a sheet of insulating material arranged horizontally, measuring 1.00 ( one) meter to 2.00 (two) meters wide by 0.65 meters to 1.5 meters high, above this, another sheet of the same insulating material is used perpendicular to the first, measuring 1.00 (one) to 2.00 (two) meters wide by 0.35 to 1.00 meters deep, arranged on the top of the bench. To fix the MDF sheets, two I-shaped metal supports are used on the sides of the bench.

003. DIDACTIC BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION WITH THE USE OF THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING according to claim 2, characterized in that it contains fixed on its base for simulating the installations of devices such as sensors and electrical command devices carried out in walls, % to 1 inch PVC condulets. To simulate the installation of sensor devices and electrical control devices carried out on the ceiling, octagonal PVC boxes measuring % to 1 inch are used, as well as a PVC distribution board measuring between 0.30 x 0.30 meters and 0.60 x 0.60 meters, where the embedded systems that make up the control center responsible for providing the technical characteristics of the automation circuits present on the bench are housed, as well as the electrical supply protection and switching devices. To simulate the paths between the general framework of a building electrical installation and the control and monitoring points of the circuits, PVC conduits measuring % inch are fixed to the didactic bench, interconnecting the distribution panel with the control center, PVC conduits and octagonal boxes, through which the electrical conductors used in the interconnections of the electronic components that make up the application modules of the didactic bench pass. This structure aims to simulate the execution of electrical installation procedures on walls and ceilings of a building.

004. DIDACTIC BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION WITH THE USE OF THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING characterized by the integrated operation of microcontrolled embedded systems that have network data switching technologies, allowing the integration of the teaching bench with the paradigms of technologies such as the Internet of Things and Cloud Computing.

005. TEACHING BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING according to claim 4, characterized by containing a 32-bit dual core microprocessor control center, with a clock between 120MHz and 240MHz, memory RAM between 256 KBytes and 520 KBytes and Flash between 2MB and 4MB, integrated with WiFi connection functions 802.11 b/g/n - 2.4GHz (integrated antenna), also features connectivity via Bluetooth Low Energy (BLE), in standard 4.2 or lower . Compatible for supporting integration with Arduino IDE and web platforms for Internet of Things and Cloud Computing. Powered through KRE terminals or Jack P4 connector with voltages between 9 V and 12 V.

006. TEACHING BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING according to claim 5, characterized by a base with 24 KRE-type screw terminals for connecting digital and analog sensors and actuators, which can have the function of acting as data input or output programmed via software, having a direct connection to the input/output pins of the microprocessed control center, with the exception of GPIO36, all other input/output pins are available in this connector. Having a PCF8574 IC, a component used to expand the number of data inputs/outputs. It is powered by 5 V, uses the GPIO21 (SDA) and GPIO22 (SCL) pins of the control microprocessor for communication and has connection terminals P0 to P7 available on KRE terminals.

007. TEACHING BENCH FOR STUDYING RESIDENTIAL AND BUILDING AUTOMATION USING THE INTERNET OF THINGS AND CLOUD COMPUTING according to claim 6, characterized in that it contains an 8-channel relay module whose operating voltage is 5V DC, having a typical operating current: 15~20mA, with LED status indicator, pinout on KRE terminals with Normal Open, Normal Closed and Common modes, output voltage: (30 VDC at 10A) or (250VAC at 10A) capable of activating 220V AC loads, such as lamps, electronic equipment and motors with the help of the teaching bench control center through the residential and building automation circuits developed during practical classes.