Projeto Sensoriamento Remoto

1. PROJETO DE SENSORIAMENTO
REMOTO ATRAVÉS DE
PROCESSAMENTO
EMBARCADO
PÓS-GRADUAÇÃO EM ELETRÔNICA EMBARCADA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Alvaro Schiavolin Junior RA 060041143
Gustavo Grossklauss NetoRA 140007597
Marcos Ribeiro RA 060007389
Thiago Brunetto Baradel RA 140007588

2. ROTEIRO
 Objetivos
 Arquitetura Proposta
 Módulo de Aquisição de Dados
• (ESP8266, sensores utilizados, conversor AD, relê, display, firmware)
 Módulo Principal
• (BeagleBone Black, desenvolvimentos, servidor web, banco de dados)
 Interface via Roteador WiFi
 Interface Gráfica de Acesso
• (Desenvolvimento e visualização)
 Sistema Completo
 Resultados Experimentais
 Conclusões
 Agradecimentos

3. OBJETIVOS
 Geral
• Projetar e implementar um sistema de sensoriamento remoto utilizando módulos
de eletrônica embarcada, que disponibilize dados confiáveis em tempos aceitáveis
e forneça opções de controle.
 Específicos (deve atender ao menos):
• Dados de temperatura, umidade e luminosidade devem ser colhidos através de
sensores digitais ou analógicos;
• Dados coletados pelos sensores devem ser digitalizados e transmitidos para o
módulo principal através de comunicação wireless;
• Módulo principal deve realizar o tratamento e armazenamento das informações dos
sensores em banco de dados relacional;
• Módulo principal deve disponibilizar as informações guardadas em banco de dados
na Internet;
• Computadores convencionais (desktop, notebook) não devem ser usados no
processamento dos dados.

4. ARQUITETURA PROPOSTA

5. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
NODEMCU ESP8266
 Características
• Open-Source;
• Programável;
• Baixo Custo;
• Wi-Fi integrado.
 Especificação
• Módulo ESP8266 (ESP12E) integrado;
• Conversor USB-TTL integrado;
• 10 GPIO (SPI, PWM, I²C e 1-WIRE);
• ADC.

6. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
MÓDULO ESP8266
► ESP12E
• 4MB Flash;
• ESP8266 SoC;
• Antena PCB;
► ESP8266 SoC (Espressif)
• CPU 32 bits Tensilica L106 (80 MHz);
• Periféricos: UART / SDIO / SPI / I²C / I²S / GPIO / ADC / PWM;
• Alimentação: 3.0V – 3.6V
• Corrente de Operação: Aprox. 80 mA;
• Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n/e/i;
• Wi-Fi Mode: Station / SoftAP / SoftAP + Station;
• Segurança: WPA / WPA2;
• Encriptação: WEP / TKIP / AES;
• Protocolos de rede: IPv4, TCP / UDP / HTTP / FTP;

7. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LM35
 Características elétricas
• Sensor do tipo eletrônico;
• Resolução de saída: 10mV para cada grau Celsius;
• Precisão: ± 0.25 °C (Temp. Ambiente) / ± 0.75 °C (Temp. -55 a 150 °C).
 Tipo de saída
• Analógica - linear;

8. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LM35
 Fórmula conversão

9. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LM35
 Firmware

10. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – DHT22
 Características elétricas
• Sensor de temperatura (Termistor) e umidade (Tipo capacitivo);
• Resolução: Temperatura 0,1 °C, Umidade 0,1% RH;
• Precisão: ± 0.5 °C (-40 a 80 °C), ± 2 % (0 a 100% RH).
 Tipo de saída
• Digital;
• Comunicação 1-Wire.

11. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – DHT22
 Firmware

12. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – MPX5700DP
 Características elétricas
• Faixa de operação: 0 a 700 kPa;
• Precisão: ± 2,5 % (Temp. 0 a 80 °C).
 Tipo de saída
• Analógica - linear;

13. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – MPX5700DP
 Firmware

14. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LDR
 Características
• Varia sua resistência de acordo com a incidência de luz;
• Maior luminosidade, menor sua resistência;
• Menor luminosidade, maior sua resistência.
 Tipo de saída
• Analógica - linear;

15. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LDR
 Fórmula conversão

16. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LDR
 Cálculo leitura

17. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
SENSORES – LDR
 Firmware

18. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
CONVERSOR A/D ADS1115
 Características
• Tipo Sigma-Delta;
• Resolução: 16-bits;
• Taxa de amostragem: 8 a 860SPS;
• PGA (amplificador de ganho programável);
• Entradas analógicas (4 – Entradas distintas ou 2 – par diferencial);
• PGA Gain ( 2/3 (±6.144V), 1 (±4.096V), 2 (±2.048V), 4 (±1.024V), 8 (±0.512V) e 16 (±0.256V).

19. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
CONVERSOR A/D ADS1115
 Resolução de tensão por bit
(2/3, ±6.144V)

20. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
CONVERSOR A/D ADS1115
 Firmware

21. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
RELÊ DE CONTROLE
 Características
• Controle através de transistor PNP;
• Interface de potência isolada;
• Corrente máxima de carga 10A;
 Tipo de entrada
• Digital;

22. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
RELÊ DE CONTROLE
 Firmware

23. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
DISPLAY
 Características
• Display gráfico 128 x 64;
• Monocromático Azul
• Modelo SSD1306;
 Tipo de entrada/saída
• Digital;
• Comunicação I²C;

24. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
DISPLAY
 Firmware

25. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
ESQUEMA ELÉTRICO

26. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
MÓDULO ESP8266 - FIRMWARE
 IDE ARDUINO
• Linguagem C;
• Infinidade de bibliotecas;
• Integração com o módulo ESP8266;
• Exemplos de código-fonte.

27. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – VISÃO MACRO ESTRUTURAL

28. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE –
BIBLIOTECAS/CONFIGURAÇÕES/VARIÁVEIS
► Bibliotecas
• Wi-FI;
• WebServer;
• Display;
• ADC;
• DHT (temp / Umid);
• Memória e etc...
► Configurações
• Porta HTTP (WebServer);
• Endereço I²C periféricos;
• Pinagem dos periféricos.
► Variáveis
• Acesso ao servidor;
• Leitura e conversão;
• Variáveis de controle.

29. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – SETUP
Configuração / Inicialização
de periféricos
Configuração / Inicialização
de periféricos
Configuração do n° Ponto

30. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – LOOP PRINCIPAL
Exclusivo para acionamento
do relê de controle
Timer 1 Segundo
Timer 5 Minutos
Se pressionada por 5 Seg

31. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – FUNÇÃO AUXILIAR
WiFi OFF
WiFi ON
Formatação / Escrita
no Display

32. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – FUNÇÃO AUXILIAR

33. MÓDULO DE AQUISIÇÃO DE DADOS
FIRMWARE – ENVIO REQUISIÇÃO DE DADOS
Formatação dos dados
Envia requisição ao
Servidor
Aguarda resposta do
Servidor
Conexão TCP

34. MÓDULO PRINCIPAL
BEAGLEBONE BLACK
 Processador: AM335x 1GHz ARM® Cortex-A8;
 Memória Ram: 512MB DDR3;
 Memória de armazenamento: 4GB 8-bit eMMC
on-board flash storage;
 Conectividade USB client para alimentação DC
e comunicação e USB host para conexão de periféricos;
 Porta ethernet 10/100 MBps;
 Saída de vídeo HDMI;
 Dois conectores de 46 pinos utilizados como entradas e saídas digitais e
analógicas.

35. MÓDULO PRINCIPAL
BEAGLEBONE BLACK - DESENVOLVIMENTOS
 Utilizada para instalação do servidor web para armazenamento das
páginas de visualização dos dados;
 Instalação do banco de dados MySQL para armazenamento e consulta de
dados;
 Permite conexão via cabo ethernet ou wifi na rede onde os módulos
sensores estarão conectados;

36. MÓDULO PRINCIPAL
SERVIDOR WEB - LIGHTTPD
Servidor web Lighttpd:
 Aplicação leve, ideal para sistemas com pouco recurso de memória;

37. MÓDULO PRINCIPAL
BANCO DE DADOS - MYSQL
 Banco de dados gratuito;
 Amplamente utilizado em sistemas Linux;
 Fácil configuração através da interface MySQLAdmin

38. INTERFACE ENTRE OS MÓDULOS
ROTEADOR WIFI
 É o ponto de acesso para todo sistema;
 Permite troca de informações entre os módulos;
 Conecta a BeagleBone à rede via cabo ethernet;

39. INTERFACE GRÁFICA DE ACESSO
DESENVOLVIMENTOS
 Acesso através do web browser à
partir de qualquer computador na
mesma rede;
 Permite visualização dos dados
coletados pelos módulos sensores
em tempo real;
 Página para acesso aos dados
passados, permitindo a visualização
dos mesmos através de gráficos;

40. INTERFACE GRÁFICA DE ACESSO
VISUALIZAÇÃO

41. INTERFACE GRÁFICA DE ACESSO
VISUALIZAÇÃO

42. SISTEMA COMPLETO

43. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
 Montagem de um protótipo em placa
padrão contendo todos os componentes;
 Teclas SELECT, UP, DOWN e SET utilizados
para configuração do ponto;
 Memória 24C32 armazena valor do ponto;
 4 pontos implementados;
 5 leituras de sensores e um acionamento de
carga acionado remotamente por ponto;

44. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
 Luminosidade testada através da
incidência de luz e calculada em
porcentagem;
 Temperatura e umidade testados
através do auxílio de um ferro de
solda aquecido;
 Pressão verificada com o auxílio
de um cilindro de gás Dióxido de
Carbono e comparado ao manômetro;

45. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
 Os valores dos pontos são atualizados a cada 5
minutos na página;
 Display atualizado a cada 1 segundo;

46. CONCLUSÕES
 Objetivos gerais e específicos foram atingidos com êxito;
 É possível o desenvolvimento de um sistema complexo e modular, com
utilização de componentes de hardware de mercado e de baixo custo, e
bibliotecas de software open-source;
 Protótipo aqui desenvolvido também serve como uma prova de conceito
para a elaboração de um produto, com um projeto de hardware totalmente
dedicado e que atenda à aplicações específicas.

47. AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente à todos os amigos que conquistamos, dentre
alunos e professores do Centro Universitário Salesiano De São Paulo, pelo
constante apoio e por terem tornado nossas vidas acadêmicas motivo de
orgulho.
Em especial gostaríamos de agradecer à nossas famílias, por todo o apoio e
confiança mesmo nas horas mais difíceis, e ao professor Francisco Fambrini,
por dividir seus conhecimentos, suas experiências e pela orientação
concedida nesse trabalho e ao longo do curso.

48. Obrigado
PÓS-GRADUAÇÃO EM ELETRÔNICA EMBARCADA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Alvaro Schiavolin Junior RA 060041143
Gustavo Grossklauss NetoRA 140007597
Marcos Ribeiro RA 060007389
Thiago Brunetto Baradel RA 140007588