Prof. Adolfo Bauchspiess

Control and Automation
Electrical Engineering

e-Mail:
adolfobs AT ene unb br

Address:
ENE/FT/UnB Sala B1-34/18,
70919-970 Brasília-DF,Brazil
unb




LARA

Lab. de Automação e Robótica
Departamento de Engenharia Elétrica
Universidade de Brasília - UnB




Site: About Lectures Research Papers
 Monographs (Grad./M.Sc./Ph.D.)
Disciplinas: Controle de Sistemas Dinâmicos
 Inteligência Computacional Automação Predial IoT Introdução à Eng. Mecatrônica
 Controle Dinâmico
 Lab. Controle Dinâmico
 Identificação de Sistemas Dinâmicos
 Controle Digital

                                                               
Automação Predial com IoT - 2025.1

ENE0270 - Tópicos Especiais em Sistemas Digitais

                  Instalações elétricas >> Automação Predial >> Smart Building >> Smart City 

Uma smart city deve prover todos os serviços que um prédio inteligente demanda (energia, internet, storage, segurança etc.), via IoT.
O prédio, com paineis foto-voltaicos, on-grid, consome e fornece energia. Consome e produz dados.
O prédio é um dispositivo IoT conectado à Nuvem!

Metodologia Ferramentas
 Ementa
 Programa
 Referências
 Cronograma


Plataformas de apoio ao ensino:

- Teams AutPredial_IoT 2025.1 para apresentação dos artigos e eventuais palestras remotas.
 - Aprender3 AutPredial_IoT 2025.1 para os Testes de Avaliação, Projeto IoT e Artigo.
- A presente página ( http://www.ene.unb.br/adolfo/Lectures/AP.html) será utilizada como página principal do curso.

Convites serão enviados para para o Aprender3 (e-mail cadastrado no SIGAA) e para o Teams (e-mail institucional .....@aluno.unb.br).

Pré-Requisito recomendado: CSD/TECOM. (Noções de Sistemas Dinâmicos, Sistemas Digitais Programáveis e Telecomunicações)
O projeto IoT prático (com módulos ESP32 ou equivalentes) envolve programação em C ou Python com NodeRED/OpenHAB/HomeAssistant.

Metodologia de Ensino:


- Aulas expositivas com tira-dúvidas, resolução das exercícios,  acompanhamento de projetos.


Avaliação:


 Atividades Individuais:


   - 2 Testes no Aprender3
   - 1 Projeto KNX (no Aprender3)


 Atividades em dupla/individuais

 -  Projeto IoT

       - Aprender3:
             a) Pré-Projeto IoT (ESP32): Descrição sumária (diagrama de blocos, esquemático, tabela de materiais)
             b) Apresentação/Defesa do Pré-Projeto.
             c) Video Projeto IoT: 5 a 10 min de apresentação do projeto com demonstração das funcionalidades. Avaliação crítica do projeto.

             Temas sugeridos - ESP32, LoRa, Automação da Iluminação, Rede de Sensores, Economia de Energia entre outros, a combinar.      

 - Artigo "acadêmico" (eventualmente assuntos diferentes e/ou dupla novas) visa "praticar" a divulgação/defesa de ideias inovadoras.
                Estudo com maior profundidade de algum conteúdo da disciplina em área de interesse dos alunos.
                Como complemento de PIBIC, TG/TCC, estágio, que possa vir a ser um destes.  
                "Mini-congresso" com 20 min por grupo: apresentação oral + arguição    


Média =  Ta1 + 2*Ta2 +2*PrjKnX + 3*Projeto  + 2*Artigo

Datas (ver cronograma):
Pré-Projeto     (Descrição sumária - amarrar o foco do projeto ESP32)
Ta1                 (Teste individual no aprender3.unb.br - 2 horas) 
PrjKnX            (Entrega no aprende3.unb.br, .knxproj + vídeo 10 min.)
Proj. ESP32    (Vídeo - aspectos da "engenharia", "hands-on")
Ta2
Artigo              (Potencial de inovação, Mini-congresso, 20 min. por dupla/individual)

Template Projeto/Artigo Overleaf /Word

Ferramentas Projeto IoT

ESP32 https://circuitdigest.com/esp32-projects    https://www.fernandok.com/

   Resultado de imagem para vscode images     Anaconda Icon - Anaconda Python Icon - Free Transparent PNG Clipart Images Download Logo
     Arduino IDE                VSCode                   Anaconda                           Espresssif esp-idf

Resultado de imagem para nodeRED         Home Assistant - WikipediaResultado de imagem para openhab
       NodeRED                          OpenHAB                                Home Assistant       
 

       FreeRTOS


Ferramentas Artigo

Google Scholar
Periodicos.capes.gov.br      (Acesso CAFE - Proxy UnB)

  Resultado de imagem para capes periodicos cafeResultado de imagem para capes periodicos cafe

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Ementa (Automação Predial - Disciplina aprovada como optativa nas reformas dos Cursos de Eng. Elétrica e Eng. Mecatrônica)

Introdução. Conceitos básicos de automação predial e residencial. Redes de Comunicação: cabeada, PLC, sem-fio. Internet-das-Coisas. Sistemas supervisórios prediais (BAS – Building Automation Systems, SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition). Monitoração Remota. Integração de Sub-sistemas (Segurança, Energia, CFTV, HVAC, Iluminação etc). Manutenção preditiva. Gemeos Digitais, Projeto Integrador. Laboratório.


Programa

  1. Introdução
    1. Retrospectiva Histórica
    2. Espaços Automatizados
    3. Ambientes Inteligentes

  1. Tecnologias de Automação em Edificações

    1. Controle Digital Central
    2. Controle Digital Distribuído
    3. Redes de Comunicação
      1. Redes cabeadas
      2. Comunicação via Rede Elétrica - PLC
      3. Redes sem fio: ZigBee, EnOcean
      4. BACNet, LONWorks, KNX
    4. Interface Homem-Máquina - HMI
    5. Sistemas Supervisórios – SCADA
    6. Controladores Lógico Programáveis – CLP
    7. Redes de sensores e atuadores – (W)SAN
    8. Modularidade e Interoperabilidade

  1. Sistemas Automatizados em Edificações

    1. Conforto Ambiental
      1. Térmico - HVAC
      2. Iluminação
      3. Qualidade do ar
    2. Segurança
      1. Controle de Acesso
      2. Circuito Fechado de TV
    3. Transporte Vertical
    4. Gerenciamento Hidráulico
    5. Gerenciamento de Energia

  1. Sistemas Complementares
    a) Fontes Alternativas
      1. Água de chuva
      2. Energia solar
      3. Climatização Evaporativa
    1. Tratamento de Emergências
      1. Incêndio
      2. Pânico
    2. Medição de Consumo de Energia por Carga
      1. Tarifação Diferenciada
    3. Manutenção

  1. Integração de Sistemas

    1. Projeto Conceitual
    2. Seleção de Sensores e Atuadores
    3. BAS - Sistemas de Automação Predial
    4. Arquiteturas de Integração de Sistemas
    5. Metodologia de Projeto

  1. Tópicos avançados

    1. Prédios Inteligentes
    2. Assisted Living
    3. Ambientes Inteligentes


Referências Bibliográficas
  a) Automação Predial


a1) H. Merz, T. Hansemann, C. Hübner

Berlin

2nd ed.

Building Automation – Communication Systems with EIB/KNX, LON, and BACnet

Springer

2018

a2) Caio Augustus Morais Bolzani


Residências Inteligentes

Liv. da Física

2004
  a3) Francesco Prudente
   Rio de Janeiro
  Automação Predial e Residencial: Uma Introdução
   LTC
 2011



  b) IoT


  b1) Pethuru Raj and Anupama C. Raman
 
  The Internet ofThings-Enabling Technologies, Platforms, and Use Case   CRC Press 2017
  b2) Anum Sheraz

  Hands-On Wireless Sensor Networks with ESP32 [Video]   Packt 2019
  b3)Halil IbrahimÖksüz

  Internet of Things (Arduino,Php,Html,Mysql,IOT,iot)   Udemy 2019
  b4) Pedro Bertoleti

  Projetos com ESP32 e LoRa   NCB 2019



  c) Referências Complementares

  c1) W. Dagie and C. Poellabauer

  Fundamentals of Wireless Sensor Networks - Theory and Practice
  Wyley
 2010
  c2)Agus Kurniawan

  Internet of Things Projects with ESP32  Packt  2019
  c3) Ed. H. Chabanne, P. Urien and J.-F. Susini
 
  RFID and the Internet of Things
  Wyley
  2011
   c4) Y. Zhang, L.T. Yang, J. Chen

  RFID and Sensor Networks - Architectures, Protocols, Security, and Integrations.  CRC Press 2009
  c5) F.C. McQuiston, J.D. Parker, J. D. Spitler  Wiley & Sons, Inc. 6th ed.
  Control Systems for Heating, Ventilating and Air  Conditioning  Springer
 2006

c6) S. Wang


6th ed.

Intelligent Buildings and Building Automation

Spon Press

2015

c7) L. Jayamaha

Energy-Efficient Building Systmes

McGrawHill

2006

c8) R.W. Haines, D.C. Hittle

6th ed.

Control Systems for Heating, Ventilating and Air Conditioning

Springer

2006


  Artigos (ver também scholar.google.com/, periodicos.capes.gov.br etc.)

-Andreas Spiess, RISC-V: How much is open source? Featuring the new ESP32-C3    (Muito interessante!!)

Tutoriais da KNX Association:
KNX IoT - Unleashing a wealth of available KNX data!
KNX and the Internet of Things
KNX-Journal-2021 (in particular pp28- "KNX IoT is taking shape")
Webinar "KNX Radio Frequency (KNX RF).pdf, ABB, Jul 2020   Youtube, 3 Ago 2020

- KNX Basics Webinar - You Tube, KNX Association, 21 Feb. 2017
- KNX Principles - You Tube, KNX Association, 17 Apr. 2017
- KNX Applications and Solutions Air Conditioning, 22 Jun 2017
- KNX for buiding Automation and Lighting Control Systems, 25 Jul 2019

- Patel2019 Patel, N.D., Mehtre, B. M., Wankar, R. Simulators, Emulators, and Test-beds for Internet of Things: A Comparison. Proceedings of the Third International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud), 2019, pp. 139-145.
- Christopoulos2017 K. Christopoulos, K, C. Antonopoulos, N. Voros, T. Orfanoudakis, Building Automation Systems in the World of Internet of Things. WCSIOT, Chapter 18, 2017, pp. 1-21.
- Verma2019 Verma, A., Prakash, S., Srivastav, V., Kumar, A., Mukhopadhiay, S. C., Sensing, Controlling, and IoT Infrastructure in Smart Building: A Review, IEEE Sensors Journal (2019), 9036-9046 19(20).
- Martin-Lopo2020 Martín-Lopo, M. Boal, J., Sánchez-Miralles, Á., A Literature Review of IoT Platforms Aimed at End Users. Computer Networks 171 (2020) 107101, pp. 19

TCC/TG/IC recentes na área:Ver também: www.ene.unb.br/adolfo/Monographs/Graduation.html

pdf Thiago Caldas dos Santos Automação Predial Inteligente com a Nuvem - Construção do ambiente inteligente com CLP e ferramenta de programação visual Node-RED. 2020 PIBIC Elétrica/UnB
pdf Li Wing Kee Ramos Automação Predial Inteligente com a Nuvem - Sensores e Atuadores na Nuvem: RTOS. 2020 PIBIC Elétrica/UnB
pdf Vinícius Fernandes Valadares Automação Predial Inteligente com a Nuvem - integração do sistema LoRa com programação visual Node-RED. 2020 PIBIC Elétrica/UnB
pdf Breno de Almeida Beleza Automação Predial Inteligente com a Nuvem - Supervisório Node-RED em maquete predial. 2020 PIBIC Mecatrônica/UnB
pdf Leonardo Nunes Cornelio Rêgo Desenvolvimento de um Protocolo Eficiente IoT com LoRa para Automação Predial. 2020 Mecatrônica/UnB

Cronograma: AP com IoT – 2025.1 (...como expectativa de conteúdo)

Data # Atividade
Conteúdo Programático		 Material Complementar
25/3 1
Plano de ensino
1) Introdução
      a) Retrospectiva Histórica
      b) Espaços Automatizados
      c) Ambientes Inteligentes
- Smart Cities		 Esta página: www.ene.unb.br/adolfo/Lectures/AP.html

SmartCities_SENE2019.pdf
27/3 2
Automação Predial Inteligente Automação Predial Inteligente FAU2018.pdf
1/4 3
Projeto IoT com ESP32 (ou similar) Merz2009, Cap1 AutPredial_IoT_A_KNX.pdf
Projeto ESP32
Grupos Artigo/Projeto
3/4 4
Ferramentas de produtividade
8/4 5
Ferramentas ESP32
10/4 6
2) Tecnologias de Automação em Edificações
a) Controle Digital Central
b) Controle Digital Distribuído 		Merz2009, Cap2
AutPredial_IoT, pg 45-
Grupos Artigo/Projeto
15/4 7
2) Tecnologias de Automação em Edificações ...
c) Redes de Comunicação
i) Redes cabeadas: KNX       		Merz2018, Cap3
AutPredial_IoT, pg 54-
17/4 8
KNX Virtual
KNX IoT
REST - CRUD - XML - XSD - JSON

KNX - ETS5 demo (inscrição my.knx.org)
KNX Virtual 		youtube:

KNX Basics (switching) with KNX Virtual
KNX Basics (dimming) with KNX Virtual

Definição do Projeto IoT/ESP3 - Formato do "Pré-Projeto"
22/4 9

Emdereçamento KNX
KNX.RF
 Merz2018, Cap3
AutPredial_IoT, pg 78-
 "KNX Radio Frequency (KNX RF).pdf
KNX IoT - Unleashing a wealth of available KNX data! (youtube)
24/4 10
2) Tecnologias de Automação em Edificações …
g) Redes de sensores e atuadores – (W)SAN
h) Modularidade e Interoperabilidade
ZigBee Alliance Tutorial
tutorial XBee - LFC Figueredo
29/4 11 Ta1 Teste no aprender3.unb.br


1/5 12
1o Maio
6/5 13
Prj. KNX		 (Especificações individualizadas, cf. matrícula)
     Projeto KNX Virtual: tarefa Aprender3
            Escritório com K ambientes
            N dispositivos (devices KNX Association)
            X Grupos de Endereços (Funções Lógicas)
     Submeter no Aprender3 o projeto (.knxproj) e um vídeo de 3 a 5 min. (Teams), demonstrando o funcionamento do mesmo. 		Get started KNX Association (Try ETS eCampus)

Tav2_Dimming_AP_IoT_05Set21 -> Teams/Aulas Síncronas/AP_IoT
8/5 14
Smart Buildings
Digital-Twins		 AutPredial_IoT_B_Smart_WireLess.pdf

CESUsÇ Centros de Eficiência em Sustentabilidade Urbana - Cap. 12
13/5 15
Infra-estruturas de IoT e prédios inteligentes
AutPredial_IoT_B_Smart_WireLess.pdf
15/5 16
Ambientes Inteligentes & Assisted Living
Localização in-door com ZigBee e Redes Neurais Artificiais 		TG2008 Medição de Conforto Térmico para Rede de Automação Predial Wireless - Figueredo e Couto,
20/5 17
Apresentação KnX & IoT - Julio Seype Engenharia
(Eng. Mecatrônico - fundador MecaJun e Droid)
 Apresentação Eng. Júlio Seype
www.seypeengenharia.com.br
22/5 18
Simuladores de Redes Wireless: TrueTime (Matlab/Simulink)
TCC2015 - Eficiência Energética de Redes Sem Fio de Automação Predial Orientada a Eventos 		https://www.control.lth.se/research/tools-and-software/truetime/
TCC2015_Danilo_Santos&GabrielSouza.pdf
27/5 19 Pré-Projeto
IoT


  --------

 
 aprender3.unb.br:
a) Pré-Projeto IoT: Descrição sumária (diagrama de blocos, esquemático, tabela de materiais)
b) Pré-Prejeto ESP32 + Projeto Executado.
Video IoT: 5 a 10 min de apresentação do projeto com demonstração das funcionalidades. Avaliação crítica do projeto.
  ------------------------------------------------------------------------
"Estado da arte" em IoT para Smart Buildings
Extrato de artigos recentes:
 Pré-projeto IoT/ESP32 no Aprender 3









AutPredial_IoT_B_Smart_WireLess.pdf
29/5 20
Protocolos IoT camada MAC - S-MAC, TSCH, BEAM
DyTEE - Dynamic Timed Efficient and Collision Free MAC for WSN		 Vinícius Galvão Guimarães. Protocolo MAC Efciente em Energia e Livre de Colisões para Redes de Sensores Sem Fio. UnB DM2014
3/6 21
Protocolos IoT "Cross-Layer" 
IoTUS - IoT Unified Services 		Vinícius Galvão Guimarães. A Novel Protocol Architecture for IoT:Efficiency Through Data and Functionality Sharing Across Layers, UnB TD2019 
5/6 22
Brokers MQTT
(Projeto AutPredial_IoTdeve ter um Broker MQTT, com no mínimo 2 módulos ESP32 e um Dashboard para visualização em tempo-real dos sinais/séries temporais).		 - curtocircuito.com.br: (ibm cloud) esp32, node-red
- Nuvem de IoT ThingSpeak ESP32 (MathWorks)
- Usando a IoT Cloud do Arduino com a ESP32
- ESP32: Getting started with Firebase  (Google)
-  HiveMQ using ESP32 and NODERED
10/6 23
Automação Predial com KNX (Agendar Visita à Obra) Apresentação Eng. Webert Lima Jesus
Automatic Engenharia Ltda
12/6 24 Prj
 Intelligent Building Automation -
the search for ZEB
 AutPredial_IoT_C_Aplic.pdf
17/6 25
- Automação Predial Apresentação Eng. Akira Toyama (gravação)
Caixa Econômica Federal
19/6 26
C.Christi
24/6 27
- Projetos IoT - LARA/UnB
26/6 28 Prj
 Projeto IoT - Vídeo 5 a 10 min: 12/10/2022: 23:59 (final!!)
 a) Pré-Prejeto ESP32 + Projeto Executado.
 b) Demonstração das funcionalidades.
 c) Auto-avaliação crítica do projeto.

1/7 29
- Internet of Things (Trans. Energia WireLess) Apresentação Prof. Marcelo M. de Carvalho
http://www2.ene.unb.br/mmcarvalho/
3/7 30
Tira-Dúvidas
8/7 31
 Ta2 Teste presencial 10:00 - 12:30
10/7 32 Artigo
 Artigos em dupla no Aprender.
Apresentar assunto "interessante" relacionado à disciplina no formato de um artigo de conferência (coluna dupla, 3 a 6 páginas).

Contexto: "convencer", como estagiários, os empreendedores de uma Start-Up a utilizarem "uma" certa teconologia.
Utilizar figuras, tabelas etc., citando as fontes.

Nota:
- relevância do assunto
- apresentação/arguição
- texto do artigo 		Template Artigo Overleaf /Word
15/7 33 Artigo   30 min. por grupo
17/7 34


22/7 35 Revisão


24/7 36



Last Updated: Brasília, 18 Mar 2025