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Trabalho Prático N.º 8
CTeSP Energias Renováveis e Infraestruturas Elétricas e de Telecomunicação
UC: Tecnologias da Informação e Comunicação
1º Ano - 2º Semestre – 2021/2022
TEMA: Configurar o Raspberry Pi – Broker MQTT / NodeRED
Figura 1 fonte olhar digital
14 de maio de 2022
Disciplina: Tecnologia da informação e comunicação
Discente: Agilton Oliveira Nº 47501
Docente: Sandra Dias
2
Índice
Introdução .........................................................................................................................................3
1.1 Objetivo do trabalho....................................................................................................................4
Compunentes...................................................................................Error! Bookmark not defined.
1.1 Placa Breadboard ........................................................................................................................4
1.2 Protocolo MQTT.........................................................................................................................6
1.3 Programas instalados no Raspberry. ...........................................................................................7
Parte 2: Programas instalados no Raspberry.....................................................................................7
2.1 Descrever os programas instalados no Raspberry………………………………………. 8
2.2 Instalar MQTT no Raspberry…………………………………………………………… 8
Parte 3: Enviar e receber mensagens MQTT com ESP32 ..............Error! Bookmark not defined.
Parte 4: Testar o MQTT com Raspberry Pi. ...................................................................................10
Conclusão........................................................................................................................................11
Referencias:.....................................................................................................................................12
3
Introdução
Neste relatório irei mostra como configurar o Raspberry
O Raspberry Pi pode possuir um hardware semelhante ao de um smartphone, porém, quando olhamos
para o software, as coisas mudam de figura. O seu celular pode utilizar Android ou iOS, entretanto, o
Raspberry é capaz de rodar o sistema operacional Linux e até o Windows 10. Ou seja, é possível
instalar os mesmos programas que um desktop comum possui como, por exemplo, navegadores
(Chrome, Firefox, Edge), programas de edição de fotos e vídeos, Microsoft Office, entre outros.
A única coisa necessária para transformá-lo em um computador, é um mouse, um teclado e um
monitor. Mas, caso o usuário queira, é possível também o controlar através do celular através de alguns
sistemas operacionais voltados para ele (é necessário que ambos estejam conectados a internet via
cabo ou Wi-fi).
O Raspberry Pi é capaz de realizar tarefas simples, que não exigem grande poder de processamento.
Para navegar na internet, comprar algo on-line, utilizar redes sociais, assistir a filmes e séries
4
1.1 Objetivo do trabalho
Configurar o Raspberry Pi (instalar o SO Raspbian e mosquitto MQTT Broker, se necessário).
Aplicar e entender o protocolo de comunicação MQTT.
Configurar um Broker MQTT no Raspberry.
Publucar/assinar (Publish/Subscribe) um tópico local (Raspberry) e remotamente (ESP32).
Enviar dados do ESP32 para o servidor MQTT e controlar o Led NodeMCU.
Componentes
 Breadboard
 Raspberry Pi
 ESP32
 PC
1.1 Placa Breadboard
Figura 2
O breadbord e composto por duas faixas;
Faixa de terminais
São os dois conjuntos de faixas verticais de cinco pontos separadas por uma faixa vazada central
presente na protoboard. Cada coluna consiste em cinco pontos que estão conectados internamente
por meio de um condutor metálico a cessado por meio das furações da estrutura plástica da protoboard,
desta forma todo terminal de componente, ou condutor, que estiver presente em uma faixa estará
conectado aos demais nela presentes.
Faixa de barramentos
5
São os conjuntos de duas faixas presentes nas extremidades laterais da matriz de contatos,
geralmente utilizadas na distribuição dos sinais de alimentação dos circuitos nela montados.
Comumente com uma faixa azul, utilizada como terra ou sinal de alimentação negativa do
circuito, e uma faixa vermelha, utilizada para o sinal de tensão de alimentação positiva. Em
alguns casos essas linhas possuem uma interrupção, que permitem a presença de um maior
número de linhas de alimentação, neste caso as linhas indicativas mostram essa interrupção.
Utilizamos e essa placa ma monta o circuito e fazer com que a corrente flua entre seus
terminais.
Raspberry Pi é um minicomputador, semelhante ao PC ou notebook que você tem em casa ou no
trabalho. A diferença é que este dispositivo é compacto e possui todos os principais componentes de
um computador numa pequena placa do tamanho de um cartão de crédito.
Figura 3 PPLWare Kids-SApo
ESP32
O ESP32 é uma série de microcontroladores de baixo custo e baixo consumo de energia. Também é
um sistema-em-um-chip com microcontrolador integrado, Wi-Fi e Bluetooth. A série ESP32 emprega
um microprocessador Tensilica Xtensa LX6 com duas variações dual-core e single-core e inclui uma
antena integrada RF tipo balun, amplificador de potência, recetor de baixo ruído amplificado, filtros,
6
gerenciamento de energia dos módulos. ESP32 foi criado e desenvolvido por Espressif Sistemas, uma
empresa Chinesa com sede em Xangai e é fabricado pela TSMC usando seu processo de fabricação
de 40 nm. Ele é um sucessor do microcontrolador ESP8266.
Figura 4:ESP32. (Fonte: botnroll)
1.2 Protocolo MQTT.
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo de comunicação máquina para
máquina (M2M - Machine to Machine) com foco em Internet of Things (IoT) que funciona em cima do
protocolo TCP/IP. Um sistema MQTT se baseia na comunicação entre cliente e servidor, em que o
primeiro pode realizar tanto “postagens” quanto “captação” de informação e o segundo administra os
dados a serem recebidos e enviados. Para isso, é utilizado um Paradigma chamado Publish-Subscribe,
que será melhor explicado nos próximos tópicos. O protocolo se popularizou pela simplicidade, baixo
consumo de dados e pela possibilidade comunicação bilateral.
O publisher envia a mensagem para o broker em um determinado tópico. O broker é responsável por
receber a mensagem do publisher e fazer uma pré-filtragem das mensagens e enviá-las para os
subscriber que estiverem registrados em um determinado tópico.
Cliente
O Cliente possui duas áreas de atuação sobre a informação: Postagem e Recebimento, "publish" e
"subscriber", respetivamente. Ele pode escolher em qual área atuar, sendo possível trabalhar na
Postagem, no Recebimento ou nos dois ao mesmo tempo. Mas independente de qual caso ele escolha,
sempre será necessária a presença de um Broker para realizar a intermediação dos dados entre todos
os clientes.
1.3 Programas instalados no Raspberry.
Como mostra na figura4 verificamos que no raspberry já esta instalado os seguintes
progamas.
7
Figura 5 fonte propiedade
Parte 2: Programas instalados no Raspberry
2.1 Descrever os programas instalados no Raspberry.
Figura 6 fonte propriedade
8
Mosquitto é uma mensagem leve de código aberto corretor que implementa MQTT ele foi escrito em
C por Roger Light.e está disponível para Windows e Linux e é um projeto Eclipse.
2.2 Instalar MQTT no Raspberry.
Para à instalação do Broker no Raspberry PI seguimos os seguintes passos:
 Passo 1- Aceder ao Raspberry PI via SSH e fazer update e upgrade ao sistema para que todos
os repositórios sejam atualizados. Para isso executamos os seguintes comandos:
 sudo apt-get update
 sudo apt-get upgrade
 Passo 2, procedemos à instalação do Mosquito (MQTT) no Raspberry PI através do seguinte
comando: sudo apt install -y mosquitto mosquitto-clients
E em seguida ativamos o serviço usando este comando sudo systemctl enable mosquitto service.
Figura 7 fonte propriedade
9
Parte 3: Enviar e receber mensagens MQTT com ESP32
Para enviar e receber a mensagem usamos o cliente que possui duas áreas de atuação sobre a
informação: Postagem e Recebimento, "publish" e "subscriber", respetivamente. Ele pode escolher em
qual área atuar, sendo possível trabalhar na Postagem, no Recebimento ou nos dois ao mesmo tempo.
Mas independente de qual caso ele escolha, sempre será necessária a presença de um Broker para
realizar a intermediação dos dados entre todos os clientes como e o caso da figura 8
Figura 8 fonte propriedade
10
Parte 4: Testar o MQTT com Raspberry Pi.
Figura 9 Fonte propriedade
O publisher envia a mensagem para o broker em um determinado tópico. O broker é responsável por
receber a mensagem do publisher e fazer uma pré-filtragem das mensagens e enviá-las para os
subscriber que estiverem registrados em um determinado tópico.
Como mostra na figura 7 o subscriber fica a escuta com o IP apresentado como é indicada pela seta
vermelha a mensagem que o será escrita no broker.
11
Conclusão:
Independentemente de ter alguns problemas ao ligar Raspberry Pi o meu trabalho teve um bom exito,
porque consegui efetuar as comunicações publisher e subscriber, onde basicamente eu tenho de um
lado um Publisher que é o dispositivo que vai enviar as mensagens; no meio do caminho um Broker,
que é um servidor MQTT responsável por gerenciar a troca de mensagens, e o Subscriber, que é o
dispositivo na outra ponta que vai ler as mensagens enviadas pelo Publisher.
No decorrer do trabalho pode aprender diversas coisas como configurar e instalar os programas do
Raspberry Pi e pode perceber que o MQTT é um protocolo de comunicação muito utilizado em IoT
(Internet das Coisas) pois é um método relativamente simples de usar e que não exige muito poder de
processamento ou grandes recursos de banda de rede.
Com estes conhecimentos adquirido nestas experiências contribuirá para o trabalho que tenho a fazer
em outra cadeira.
12
Referências
https://olhardigital.com.br/2019/02/18/noticias/raspberry-pi-o-que-e-para-que-serve-e-como-
comprar/ acedido em 12 de maio de 2022 Hora: 14:00
https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel878/redes1-2019-1/vf/mqtt/ 12 maio de 2022 Hora: 19:00
https://pplware.sapo.pt/tutoriais/mqtt-no-seu-raspberry-pi/ 12 maio 2022 Hora: 15:32
https://randomnerdtutorials.com/telegram-control-esp32-esp8266-nodemcu-outputs/
14 de maio de 2022 Hora: 16:00

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  • 1. 1 Trabalho Prático N.º 8 CTeSP Energias Renováveis e Infraestruturas Elétricas e de Telecomunicação UC: Tecnologias da Informação e Comunicação 1º Ano - 2º Semestre – 2021/2022 TEMA: Configurar o Raspberry Pi – Broker MQTT / NodeRED Figura 1 fonte olhar digital 14 de maio de 2022 Disciplina: Tecnologia da informação e comunicação Discente: Agilton Oliveira Nº 47501 Docente: Sandra Dias
  • 2. 2 Índice Introdução .........................................................................................................................................3 1.1 Objetivo do trabalho....................................................................................................................4 Compunentes...................................................................................Error! Bookmark not defined. 1.1 Placa Breadboard ........................................................................................................................4 1.2 Protocolo MQTT.........................................................................................................................6 1.3 Programas instalados no Raspberry. ...........................................................................................7 Parte 2: Programas instalados no Raspberry.....................................................................................7 2.1 Descrever os programas instalados no Raspberry………………………………………. 8 2.2 Instalar MQTT no Raspberry…………………………………………………………… 8 Parte 3: Enviar e receber mensagens MQTT com ESP32 ..............Error! Bookmark not defined. Parte 4: Testar o MQTT com Raspberry Pi. ...................................................................................10 Conclusão........................................................................................................................................11 Referencias:.....................................................................................................................................12
  • 3. 3 Introdução Neste relatório irei mostra como configurar o Raspberry O Raspberry Pi pode possuir um hardware semelhante ao de um smartphone, porém, quando olhamos para o software, as coisas mudam de figura. O seu celular pode utilizar Android ou iOS, entretanto, o Raspberry é capaz de rodar o sistema operacional Linux e até o Windows 10. Ou seja, é possível instalar os mesmos programas que um desktop comum possui como, por exemplo, navegadores (Chrome, Firefox, Edge), programas de edição de fotos e vídeos, Microsoft Office, entre outros. A única coisa necessária para transformá-lo em um computador, é um mouse, um teclado e um monitor. Mas, caso o usuário queira, é possível também o controlar através do celular através de alguns sistemas operacionais voltados para ele (é necessário que ambos estejam conectados a internet via cabo ou Wi-fi). O Raspberry Pi é capaz de realizar tarefas simples, que não exigem grande poder de processamento. Para navegar na internet, comprar algo on-line, utilizar redes sociais, assistir a filmes e séries
  • 4. 4 1.1 Objetivo do trabalho Configurar o Raspberry Pi (instalar o SO Raspbian e mosquitto MQTT Broker, se necessário). Aplicar e entender o protocolo de comunicação MQTT. Configurar um Broker MQTT no Raspberry. Publucar/assinar (Publish/Subscribe) um tópico local (Raspberry) e remotamente (ESP32). Enviar dados do ESP32 para o servidor MQTT e controlar o Led NodeMCU. Componentes  Breadboard  Raspberry Pi  ESP32  PC 1.1 Placa Breadboard Figura 2 O breadbord e composto por duas faixas; Faixa de terminais São os dois conjuntos de faixas verticais de cinco pontos separadas por uma faixa vazada central presente na protoboard. Cada coluna consiste em cinco pontos que estão conectados internamente por meio de um condutor metálico a cessado por meio das furações da estrutura plástica da protoboard, desta forma todo terminal de componente, ou condutor, que estiver presente em uma faixa estará conectado aos demais nela presentes. Faixa de barramentos
  • 5. 5 São os conjuntos de duas faixas presentes nas extremidades laterais da matriz de contatos, geralmente utilizadas na distribuição dos sinais de alimentação dos circuitos nela montados. Comumente com uma faixa azul, utilizada como terra ou sinal de alimentação negativa do circuito, e uma faixa vermelha, utilizada para o sinal de tensão de alimentação positiva. Em alguns casos essas linhas possuem uma interrupção, que permitem a presença de um maior número de linhas de alimentação, neste caso as linhas indicativas mostram essa interrupção. Utilizamos e essa placa ma monta o circuito e fazer com que a corrente flua entre seus terminais. Raspberry Pi é um minicomputador, semelhante ao PC ou notebook que você tem em casa ou no trabalho. A diferença é que este dispositivo é compacto e possui todos os principais componentes de um computador numa pequena placa do tamanho de um cartão de crédito. Figura 3 PPLWare Kids-SApo ESP32 O ESP32 é uma série de microcontroladores de baixo custo e baixo consumo de energia. Também é um sistema-em-um-chip com microcontrolador integrado, Wi-Fi e Bluetooth. A série ESP32 emprega um microprocessador Tensilica Xtensa LX6 com duas variações dual-core e single-core e inclui uma antena integrada RF tipo balun, amplificador de potência, recetor de baixo ruído amplificado, filtros,
  • 6. 6 gerenciamento de energia dos módulos. ESP32 foi criado e desenvolvido por Espressif Sistemas, uma empresa Chinesa com sede em Xangai e é fabricado pela TSMC usando seu processo de fabricação de 40 nm. Ele é um sucessor do microcontrolador ESP8266. Figura 4:ESP32. (Fonte: botnroll) 1.2 Protocolo MQTT. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo de comunicação máquina para máquina (M2M - Machine to Machine) com foco em Internet of Things (IoT) que funciona em cima do protocolo TCP/IP. Um sistema MQTT se baseia na comunicação entre cliente e servidor, em que o primeiro pode realizar tanto “postagens” quanto “captação” de informação e o segundo administra os dados a serem recebidos e enviados. Para isso, é utilizado um Paradigma chamado Publish-Subscribe, que será melhor explicado nos próximos tópicos. O protocolo se popularizou pela simplicidade, baixo consumo de dados e pela possibilidade comunicação bilateral. O publisher envia a mensagem para o broker em um determinado tópico. O broker é responsável por receber a mensagem do publisher e fazer uma pré-filtragem das mensagens e enviá-las para os subscriber que estiverem registrados em um determinado tópico. Cliente O Cliente possui duas áreas de atuação sobre a informação: Postagem e Recebimento, "publish" e "subscriber", respetivamente. Ele pode escolher em qual área atuar, sendo possível trabalhar na Postagem, no Recebimento ou nos dois ao mesmo tempo. Mas independente de qual caso ele escolha, sempre será necessária a presença de um Broker para realizar a intermediação dos dados entre todos os clientes. 1.3 Programas instalados no Raspberry. Como mostra na figura4 verificamos que no raspberry já esta instalado os seguintes progamas.
  • 7. 7 Figura 5 fonte propiedade Parte 2: Programas instalados no Raspberry 2.1 Descrever os programas instalados no Raspberry. Figura 6 fonte propriedade
  • 8. 8 Mosquitto é uma mensagem leve de código aberto corretor que implementa MQTT ele foi escrito em C por Roger Light.e está disponível para Windows e Linux e é um projeto Eclipse. 2.2 Instalar MQTT no Raspberry. Para à instalação do Broker no Raspberry PI seguimos os seguintes passos:  Passo 1- Aceder ao Raspberry PI via SSH e fazer update e upgrade ao sistema para que todos os repositórios sejam atualizados. Para isso executamos os seguintes comandos:  sudo apt-get update  sudo apt-get upgrade  Passo 2, procedemos à instalação do Mosquito (MQTT) no Raspberry PI através do seguinte comando: sudo apt install -y mosquitto mosquitto-clients E em seguida ativamos o serviço usando este comando sudo systemctl enable mosquitto service. Figura 7 fonte propriedade
  • 9. 9 Parte 3: Enviar e receber mensagens MQTT com ESP32 Para enviar e receber a mensagem usamos o cliente que possui duas áreas de atuação sobre a informação: Postagem e Recebimento, "publish" e "subscriber", respetivamente. Ele pode escolher em qual área atuar, sendo possível trabalhar na Postagem, no Recebimento ou nos dois ao mesmo tempo. Mas independente de qual caso ele escolha, sempre será necessária a presença de um Broker para realizar a intermediação dos dados entre todos os clientes como e o caso da figura 8 Figura 8 fonte propriedade
  • 10. 10 Parte 4: Testar o MQTT com Raspberry Pi. Figura 9 Fonte propriedade O publisher envia a mensagem para o broker em um determinado tópico. O broker é responsável por receber a mensagem do publisher e fazer uma pré-filtragem das mensagens e enviá-las para os subscriber que estiverem registrados em um determinado tópico. Como mostra na figura 7 o subscriber fica a escuta com o IP apresentado como é indicada pela seta vermelha a mensagem que o será escrita no broker.
  • 11. 11 Conclusão: Independentemente de ter alguns problemas ao ligar Raspberry Pi o meu trabalho teve um bom exito, porque consegui efetuar as comunicações publisher e subscriber, onde basicamente eu tenho de um lado um Publisher que é o dispositivo que vai enviar as mensagens; no meio do caminho um Broker, que é um servidor MQTT responsável por gerenciar a troca de mensagens, e o Subscriber, que é o dispositivo na outra ponta que vai ler as mensagens enviadas pelo Publisher. No decorrer do trabalho pode aprender diversas coisas como configurar e instalar os programas do Raspberry Pi e pode perceber que o MQTT é um protocolo de comunicação muito utilizado em IoT (Internet das Coisas) pois é um método relativamente simples de usar e que não exige muito poder de processamento ou grandes recursos de banda de rede. Com estes conhecimentos adquirido nestas experiências contribuirá para o trabalho que tenho a fazer em outra cadeira.
  • 12. 12 Referências https://olhardigital.com.br/2019/02/18/noticias/raspberry-pi-o-que-e-para-que-serve-e-como- comprar/ acedido em 12 de maio de 2022 Hora: 14:00 https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel878/redes1-2019-1/vf/mqtt/ 12 maio de 2022 Hora: 19:00 https://pplware.sapo.pt/tutoriais/mqtt-no-seu-raspberry-pi/ 12 maio 2022 Hora: 15:32 https://randomnerdtutorials.com/telegram-control-esp32-esp8266-nodemcu-outputs/ 14 de maio de 2022 Hora: 16:00