BLOG - Sistemas Embarcados
Este blog tem como autores os participantes do projeto Smart Campus e alunos das disciplinas: Sistemas Embarcados(Engenharia de Controle e Automação) e Plataformas de prototipação para Internet das Coisas
(Especialização Lato Sensu em Internet das Coisas). O objetivo é a divulgação de trabalhos em desenvolvimento no campus que envolvam a utilização de conceitos de sistemas embarcados, internet das coisas, telemetria e outras tecnologias para a resolução de problemas da indústria, meio ambiente, cidades inteligentes, fazendas inteligentes, ....
Coordenação: Prof. Marcos Chaves
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Monitoramento de Reservatório de Água Utilizando Sensores

O controle de gasto de água é uma questão cada vez mais relevante nos dias de hoje. Com o aumento da população e o crescimento das áreas urbanas, há uma demanda crescente por água, e a falta de um controle efetivo pode levar ao desperdício e à escassez desse recurso vital. A ausência de mecanismos de medição precisos e de sistemas de monitoramento adequados dificulta a identificação e a correção de vazamentos e o acompanhamento do consumo, resultando em um uso excessivo e desnecessário de água.
Além disso, a falta de controle de gasto de água também pode levar a problemas financeiros para os consumidores. Sem informações precisas sobre o consumo, os usuários podem enfrentar contas altas e surpresas desagradáveis ao final do mês. A ausência de um monitoramento adequado torna difícil para os consumidores identificar e corrigir possíveis vazamentos ou mudar seus hábitos de consumo para economizar água, resultando em desperdício e custos desnecessários.
Outro desafio enfrentado é a indisponibilidade de fornecimento efetivo de água em determinadas áreas. Em muitas regiões, especialmente em locais com infraestrutura precária ou em épocas de seca, a falta de um sistema de monitoramento e controle adequado dificulta a distribuição equitativa de água. Isso pode levar a interrupções frequentes no fornecimento de água, afetando a qualidade de vida das pessoas e prejudicando atividades essenciais, como a agricultura e a indústria.
Esses problemas destacam a necessidade urgente de um sistema de monitoramento de reservatório de água eficiente e sustentável, capaz de controlar o gasto, prevenir o desperdício e garantir um fornecimento adequado para todas as áreas. O uso da IoT e de tecnologias de monitoramento pode desempenhar um papel crucial nessa solução, permitindo um acompanhamento em tempo real do consumo, identificação de vazamentos e uma gestão mais eficiente dos recursos hídricos.
Características do projeto
O sensor de pressão escolhido para o projeto (Transdutor de pressão 15 PSI) foi selecionado levando em consideração uma série de características essenciais. Priorizou-se a robustez do sensor, garantindo sua capacidade de resistir a ambientes adversos e condições desafiadoras. Além disso, a qualidade na leitura e precisão do sensor foram fatores determinantes na escolha, assegurando medições confiáveis e precisas da pressão da água. Por fim, a durabilidade do sensor foi um critério fundamental, visando sua longevidade e desempenho consistente ao longo do tempo.
Para realizar a leitura dos dados coletados pelo sensor, optou-se pelo uso do Arduino Uno devido à sua ampla compatibilidade com sensores analógicos. A escolha dessa placa foi feita com base na sua capacidade de integração e suporte a diversos tipos de sensores. Além disso, para a transmissão dos dados coletados via MQTT, optou-se pelo ESP8266, que oferece conectividade Wi-Fi e é capaz de enviar os dados de forma eficiente para a plataforma desejada. Essa combinação entre o Arduino Uno e o ESP8266 proporcionou uma solução segura e confiável para o projeto, permitindo a coleta e transmissão efetiva dos dados de pressão da água.
No ESP8266, a codificação foi configurada para publicar os dados coletados - incluindo informações do sensor, horário e valor da leitura - em um broker hospedado em um ambiente Linux na AWS. Esse broker recebia os dados e os armazenava em um banco de dados MySQL. Dessa forma, foi estabelecido um fluxo contínuo de dados do sensor para o banco de dados, permitindo a persistência e o armazenamento das informações coletadas de maneira eficiente e confiável.
Para simplificar a leitura dos dados, a criação de um dashboard e a consulta dos registros, foi adotado o Node-RED. Essa escolha foi feita visando a simplicidade e a facilidade de produção em curto prazo. O Node-RED oferece uma interface visual intuitiva e amigável, permitindo a criação rápida de fluxos de dados, integração de diferentes serviços e visualização dos dados de forma personalizada. Com o Node-RED, foi possível desenvolver uma solução prática e funcional para a leitura, visualização e consulta dos dados provenientes do sensor de pressão da água.
Tecnologias
Node-RED
Node-RED é uma plataforma de desenvolvimento visual baseada em código aberto, que permite a criação de aplicações IoT de forma intuitiva e rápida. Desenvolvida pela IBM, ela utiliza uma interface gráfica para conectar nós (nodes) que representam diferentes funcionalidades e serviços. Essa abordagem visual simplifica a criação de fluxos de dados, integração de dispositivos e interações entre sistemas, mesmo para usuários sem conhecimento aprofundado em programação.
É amplamente utilizado para facilitar a implementação de projetos IoT e automação residencial. Ele permite a integração de dispositivos IoT, serviços web e bancos de dados de maneira simples e flexível. Com a utilização de nós pré-configurados e extensões, é possível conectar sensores, atuadores e outros componentes de hardware, além de realizar o processamento dos dados recebidos e ações de controle. Com a sua interface amigável e recursos avançados, Node-RED ajuda a acelerar o desenvolvimento de aplicações IoT e facilita a criação de soluções customizadas para uma ampla gama de cenários.
MySQL
MySQL é um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional (RDBMS) amplamente utilizado, desenvolvido pela Oracle Corporation. Ele oferece uma solução eficiente e escalável para armazenamento e recuperação de dados estruturados. O MySQL utiliza a linguagem de consulta estruturada (SQL) como base para manipulação e gerenciamento dos dados.
O MySQL é utilizado em uma ampla variedade de aplicações, desde pequenos projetos até sistemas de grande escala. Ele é conhecido por sua confiabilidade, desempenho e facilidade de uso. O MySQL é capaz de lidar com grandes volumes de dados e suporta várias operações, como consultas complexas, atualizações e transações. Com suporte a diferentes plataformas, ele pode ser utilizado tanto em ambientes de desenvolvimento quanto de produção. O MySQL é frequentemente utilizado em aplicativos da web, sistemas de gerenciamento de conteúdo, sistemas de comércio eletrônico, aplicativos de análise de dados e muitos outros casos em que o armazenamento e a recuperação de dados são essenciais.
MQTT
QTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo de mensagens leve e de código aberto projetado para comunicação entre dispositivos em redes de IoT. Ele foi desenvolvido para ser eficiente em termos de largura de banda, consumo de energia e utilização de recursos, tornando-o adequado para ambientes de rede com restrições.
O MQTT utiliza o modelo de publicação/assinatura, em que os dispositivos se comunicam por meio de um intermediário chamado de broker. Os dispositivos publicam mensagens em tópicos específicos no broker, e outros dispositivos podem se inscrever nesses tópicos para receber as mensagens. Isso permite uma comunicação assíncrona e distribuída entre dispositivos, com uma sobrecarga mínima de rede.
É amplamente utilizado em sistemas de IoT para troca de informações entre dispositivos e servidores na Internet. Ele é ideal para cenários em que os dispositivos precisam enviar e receber dados de forma eficiente e confiável, como monitoramento remoto, automação residencial, cidades inteligentes e aplicações industriais. O MQTT é especialmente adequado para redes com conexões instáveis ou de baixa largura de banda, devido à sua capacidade de lidar com condições adversas e garantir a entrega de mensagens mesmo em situações de conectividade intermitente.
Sensor
O transdutor de pressão 15 PSI (pound per square inch) é um dispositivo projetado para medir a pressão em sistemas industriais e aplicações de controle. Com essa faixa de medição, o sensor é capaz de detectar e registrar pressões significativas em diversos ambientes de trabalho.
Esse sensor de pressão é projetado para fornecer leituras precisas e confiáveis, permitindo o monitoramento e controle efetivos de sistemas que operam dentro dessa faixa de pressão. Ele pode ser usado para monitorar a pressão em tanques, tubulações, cilindros e outros dispositivos ou componentes onde a pressão é um fator crítico. Com essas informações de pressão, os sistemas podem tomar decisões adequadas, como acionar alarmes, ajustar válvulas ou realizar ações de segurança, garantindo o desempenho ideal e a segurança dos processos.
Os transdutores de pressão são projetados para serem robustos e duráveis, capazes de resistir a ambientes adversos e condições industriais exigentes. Eles podem ser disponibilizados em diferentes formatos, como sensores de pressão absoluta, relativa ou diferencial, permitindo uma ampla gama de aplicações. Com a precisão e a confiabilidade oferecidas, esse sensor de pressão desempenha um papel crucial na garantia da eficiência e segurança de sistemas que operam em tais faixas de pressão.

Arduino
O Arduino Uno é uma das placas de desenvolvimento mais populares e amplamente utilizadas no mundo da eletrônica e da prototipagem. Desenvolvido pela Arduino LLC, o Arduino Uno é baseado em um microcontrolador Atmega328P, que oferece um conjunto de pinos de entrada e saída digital e analógica, bem como recursos de comunicação serial. Ele é projetado para ser fácil de usar, mesmo para iniciantes, e possui uma comunidade ativa e vibrante.
O Arduino Uno é amplamente adotado por entusiastas, estudantes e profissionais que desejam construir projetos eletrônicos interativos e programáveis. Com a sua interface de programação amigável e a linguagem de programação baseada em Wiring/C++, é possível escrever código para controlar sensores, atuadores e outros dispositivos eletrônicos. Além disso, o Arduino Uno é compatível com uma ampla variedade de módulos e shields, o que permite expandir suas capacidades e adicionar funcionalidades extras aos projetos.
Seja para prototipagem rápida, automação residencial, robótica ou projetos de arte interativa, o Arduino Uno oferece uma plataforma versátil e acessível para transformar ideias em realidade. Sua popularidade se deve não apenas à sua simplicidade e flexibilidade, mas também à riqueza de documentação, tutoriais e exemplos disponíveis online, tornando-o uma escolha confiável para uma ampla gama de aplicações.
Esp8266
O ESP8266 é um microcontrolador altamente popular e de baixo custo, que integra um chip Wi-Fi, permitindo a conectividade com a internet e comunicação sem fio. Desenvolvido pela empresa chinesa Espressif Systems, o ESP8266 possui uma arquitetura de sistema em chip (SoC) poderosa e recursos avançados, apesar de seu tamanho compacto. Ele pode ser programado usando a linguagem de programação Arduino ou a linguagem nativa do SDK ESP8266, oferecendo flexibilidade aos desenvolvedores.
Graças à sua conectividade Wi-Fi, o ESP8266 é amplamente utilizado em projetos de IoT e automação residencial, permitindo que dispositivos se comuniquem com a internet e uns com os outros. Ele pode ser utilizado para controlar sensores, atuadores e outros componentes eletrônicos, bem como para transmitir e receber dados em tempo real. Sua capacidade de processamento e memória também o torna adequado para implementar soluções mais complexas, como servidores web embutidos e sistemas de monitoramento remoto. O ESP8266 se tornou uma escolha popular entre os entusiastas e profissionais de IoT devido à sua acessibilidade, recursos robustos e ampla comunidade de suporte e desenvolvimento.
Conclusão
Em conclusão, a integração do sensor de pressão, Arduino Uno, ESP8266 e antena de sinal em um sistema de monitoramento de caixa d'água por meio da Internet das Coisas (IoT) oferece uma solução eficiente e confiável para o controle e monitoramento do nível de pressão da água. Essa combinação de tecnologias permite a coleta precisa de dados de pressão, sua transmissão em tempo real para uma plataforma de armazenamento e a visualização dos dados por meio de um dashboard acessível. Com essa solução, é possível obter insights valiosos sobre o consumo de água, identificar possíveis problemas e tomar medidas adequadas para garantir o uso sustentável e eficiente dos recursos hídricos.
Rep. no Github: https://github.com/DejairMatos/Nivel_IoT
Por @DejairMatos e @cicerosnt
Fotes:
https://aws.amazon.com/pt/what-is/mqtt/
https://www.arduino.cc/en/about
https://www.robocore.net/wifi/modulo-wifi-esp8266
https://www.saravati.com.br/sensor-de-pressao-1-2-mpa-174-psi.html
https://www.hivemq.com/mqtt-essentials/
https://www.mysql.com/
https://nodered.org/docs/
[ID:151] Autor: - Criado em: 2023-06-13 04:30:35 - [ Compartilhar ]