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Integrantes do grupo

Nome Matrícula
Cainã Valença de Freitas 180014412
Pedro Rodrigues Pereira 170062686

Sonoff Basic R4

O Sonoff Smart Switch (Basic R4) é um dispositivo de automação residencial inteligente que permite controlar aparelhos elétricos remotamente. Ele é projetado para integrar conectividade Wi-Fi e Bluetooth com uma interface acessível via o aplicativo eWeLink, que possibilita ligar, desligar e configurar cenas automáticas para dispositivos conectados.

Sonoff Basic R4
Figura 1: Sonoff Basic R4

Funcionalidades:

Além de permitir o controle remoto de aparelhos elétricos, o Sonoff Basic R4 oferece diversas funcionalidades para automação residencial, incluindo:

Controle Remoto:

O Sonoff Basic R4 permite controlar dispositivos elétricos por meio do aplicativo eWeLink, que oferece uma interface intuitiva para ligar e desligar aparelhos de qualquer lugar.

Cenas Automáticas:

É possível configurar cenas automáticas no aplicativo eWeLink para acionar dispositivos conectados em horários específicos ou de acordo com eventos predefinidos.

Compatibilidade com Assistente de Voz:

O Sonoff Basic R4 é compatível com assistentes de voz como Amazon Alexa e Google Assistant, permitindo controlar dispositivos por comandos de voz.

Monitoramento de Consumo de Energia:

O aplicativo eWeLink permite monitorar o consumo de energia dos dispositivos conectados, fornecendo informações detalhadas sobre o uso de cada aparelho.

Proteção Contra Sobrecarga:

O Sonoff Basic R4 possui proteção contra sobrecarga, desligando automaticamente em caso de excesso de corrente.

Atualizações OTA:

O firmware do Sonoff Basic R4 pode ser atualizado via OTA (Over-the-Air), garantindo a segurança e a adição de novos recursos sem a necessidade de conexão física.

Integração com Outros Dispositivos:

O Sonoff Basic R4 pode ser integrado com outros dispositivos IoT e sistemas de automação residencial para criar cenários personalizados e ampliar suas funcionalidades.

Magic Switch

Um grande problema ao utilizar controladores de automação residencial, principalmente no controle de lâmpadas, é que ao desligar o interruptor físico, o Sonoff é automaticamente desligado, pois ele é alimentado pela rede elétrica. Dessa forma, não é possível mais controlar o dispositivo remotamente. Uma grande adição do modelo Basic R4 é o Magic Switch, que consegue manter sua conexão simultaneamente com o interruptor físico, permitindo que o usuário possa controlar o dispositivo tanto pelo interruptor físico quanto pelo aplicativo eWeLink.

Magic Switch
Figura 2: Magic Switch
Para fazer uso do Magic Switch, é necessário que o interruptor físico seja trifásico e que as duas saídas do mesmo estejam interligadas. Ou seja, independente do estado do interruptor físico, a corrente elétrica estará sempre alimentando o Sonoff Basic R4. O Magic Switch é capaz de identificar o clique do interruptor, e assim, o Sonoff pode interpretar o comando de desligar o dispositivo e mesmo assim se manter energizado.

Listagem de características:

Unidade de processamento:

Microcontrolador (MCU) ESP32-C3FN4
Fabricante Espressif Systems
Arquitetura RISC-V (32 bits)
Frequência de Clock Até 160 MHz
Coprocessador ULP Permite execução de tarefas com baixo consumo energético, como leituras de sensores.
Periféricos I2C, SPI, UART, ADC/DAC
Proteções Proteções integradas contra falhas.

O ESP32-C3 é um microcontrolador desenvolvido pela Espressif altamente flexível, que atende demandas de dispositivos IoT(Internet of things). O mesmo é baseado na arquitetura RISC-V de 32 bits e oferece uma solução eficiente e integrada. A frequência de clock de até 160 MHz permite uma plataforma confiável e de alto desempenho para aplicações conectadas. O design do microcontrolador possui foco nos recursos de input e output o que facilita seu uso em uma vasta gama de cenários industriais e domésticos. Apesar da enfase de seu design, um grande ponto ressaltado é o equilíbrio entre os recursos presentes, os custos e a segurança empregados.

Seu Coprocessador ULP (Ultra Low Power) é dedicado a realizar tarefas de baixo consumo de energia, como leitura de sensores, possibilitando com que o principal núcleo do microcontrolador possa ser desligado para economia de energia. Esse comportamento habilita com que a ESP32-C3 seja utilizado para aplicações que demandam longa vida útil da bateria.

O ESP32-C3 possui vários periféricos, sendo eles I2C, SPI, UART, ADC e DAC, que baseam a conexão com sensores e atuadores. Além disso, o microcontrolador possui proteções integradas contra falhas, garantindo a segurança do sistema. Segue abaixo o Diagrama de Blocos Funcionais e Pinout do SoC(System on Chip) ESP32-C3:

Diagrama de blocos do ESP32-C3
Figura 1: Diagrama de blocos do ESP32-C3
Pinout do ESP32-C3
Figura 2: Pinout do ESP32-C3

Memória:

Tipo Capacidade Função
Memória RAM SRAM 400kB(320 KB RAM + 80KB Cache) Execução do Firmware e dados em tempo real
Memória ROM 4M de memória flash Armazenamento do firmware e suporte para OTA(Over-Air-Updates)

Sistema Operacional:

Sistema Operacional Sem sistema operacional (bare-metal)
Firmware Controla diretamente o hardware.

O Sonoff Basic R4 não possui um sistema operacional base(bare-metal). O firmware controla diretamente o hardware.

Observação: Apesar de o ESP32 ser compatível com RTS(Ex.: FreeRTOS) no manual oficial do produto não possui nenhuma menção sobre o uso de um sistema operacional.

Sensores e Atuadores

Sensores e Atuadores:

Sensores Sensor de temperatura para prevenção de superaquecimento.
Atuadores Relé de 10A

O Sonoff Basic R4 funciona basicamente como um atuador, controlando dispositivos físicos por meio do relé de 10 Amperes. Apesar disso é possível sim integrar outros sensores ao Sonoff e construir uma rede de informações para a automação tanto residencial quanto industrial. Realizando a integração de sensores de temperatura, movimento, umidadade e outros, é possível personalizar seu uso e criar cenas customizadas para o uso do dispositivo. Um grande ponto a ser levantado é que a integração de outros sensores se torna muito mais fácil com o uso do firmware Tasmota.

Interfaces de Comunicação sem fio:

Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n 2.4GHz
Bluetooth Bluetooth 4.2

O Sonoff Basic R4 possui interfaces de comunicação sem fio, como Wi-Fi 802.11 b/g/n e Bluetooth 4.2. O que garante a conexão com dispositivos móveis, outros dispositivos IoT e a internet.

Unidades de Entrada/Saída (I/O):

GPIO Usado para controlar o relé e ler o estado do botão de ativação.

O Sonoff Basic R4 utiliza GPIO como principal interface de entrada e saída. O microcontrolador ESP32-C3 suporta as unidades ADC/DAC e PWM, porém ambas não são implementadas no produto.

Fonte de Energia e Sistema de Alimentação:

Entrada/Output: 100-240V AC, 50/60 Hz, com capacidade de até 10A.
Gerenciamento de Energia (PMIC): Gerencia o consumo de energia e desliga automaticamente em caso de superaquecimento.
Circuitos de Reset: Reset manual via botão físico.

O Sonoff ẽ alimentado diretamente pela rede elétrica e possui um gerenciamento de energia PMIC que desliga automaticamente em caso de superaquecimento. O circuito de reset é feito manualmente através do botão físico.

Firmware e Atualizações:

Firmware Controlo pelo eWeLink
Atualizações OTA Presentes para manutenção e novos recursos.

Todo firmware do Sonoff Basic R4 é configurável e controlado via o aplicativo "eWeLink". Com ele possível a crição de cenas inteligentes, descrevendo situações específicas para o acionamento de dispositivos. Além disso, o firmware do Sonoff Basic R4 pode ser atualizado via OTA(Over-the-Air) para manutenção e adição de novos recursos.

Apesar da maioria das vezes ser utilizado o aplicativo eWeLink, é possível utilizar o firmware Tasmota, que é um firmware de código aberto para dispositivos baseados em ESP8266 e ESP32. O Tasmota permite a integração com plataformas de automação residencial como Home Assistant, OpenHAB, Domoticz e outros. Sendo necessário o hard flash do firmware Tasmota.

eWeLink
Figura 3: Conexão através do Smartphone

Interface com o Usuário (UI):

Indicadores LED LED azul com diferentes padrões para indicar estados como emparelhamento, operação normal, offline e sobrecarga.
Botão de reset Liga/desliga o relé. Entra no modo de emparelhamento.

O Sonoff Basic R4 demonstra uma interface de comunicação com o usuário bem limitada, contando apenas com um LED azul que indica diferentes estados do dispositivo e um botão físico que liga/desliga o relé e entra no modo de emparelhamento ao ser pressionado por mais tempo. Na imagem a seguir é possível visualizar o LED em destaque e o botão de reset ao lado.

Figura 4: LED e Botão de Reset do Sonoff Basic R4

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Referências Bibliográficas

  1. Sonoff Basic R4 User Manual. Disponível em: https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf.

  2. ESP32-C3 Series Datasheet. Espressif Systems. Disponível em: https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-c3.

  3. Espressif ESP-IDF Documentation. FreeRTOS Overview. Disponível em: https://www.freertos.org/.

  4. Automation Baldacchino. Flashing Tasmota on a Sonoff Basic R4. Disponível em: https://automation.baldacchino.net/flashing-tasmota-on-a-sonoff-basic-r4-connecting-to-home-assistant/.

  5. Sonoff Basic R4 Presentation Page. Disponível em: https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/basicr4/.

  6. Tasmota Documentation. Sonoff DIY. Disponível em: https://tasmota.github.io/docs/Sonoff-DIY/.

  7. eWeLink Official Page. Disponível em: https://www.ewelink.cc/en/.

  8. Artigo acadêmico: "IoT enabled Smart Switch With User-Friendly Electrical Interfacing". Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/iel7/9761170/9761283/09761327.pdf.

  9. Artigo acadêmico: "Design and Implementation of ESP32‐Based IoT Devices". Disponível em: https://www.mdpi.com/1424-8220/23/15/6739/pdf-vor.

  10. Artigo acadêmico: "Design of an ESP32-Based IoT Smart Home Automation Management System". Disponível em: https://www.academia.edu/download/117493752/GJRECS4410226.pdf.

  11. Shelly 1 Product Page. Disponível em: https://shelly.cloud/products/shelly-1-smart-home-automation-relay/.

  12. Philips Hue Smart Plug Product Page. Disponível em: https://www.philips-hue.com/.

  13. Tuya Smart Switch Product Page. Disponível em: https://www.tuya.com/.

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