Detector De Gases

Quando há uma queimada existe a liberação de gás carbônico (CO2), metano (CH4), monóxido de carbono (CO) e nitroso de oxigênio (N2O). (Fearnside, 2002)

Segunda a resolução nº 491/2018 da CONAMA, para não ser prejudicial, o CO pode apresentar uma concentração de 9ppm, já o CO2 ele pode apresentar concentração 1000ppm. (BRASIL, 2018)

Um dos principais acidentes dentro de um laboratório químico é causado por explosão, que gera a liberação de gases. Dentro de um laboratório um liquido que possui um ponto de fulgor abaixo da temperatura ambiente naquele momento, em uma condição especifica,  pode liberar uma quantidade de vapor que ao se misturar com o ar pode gerar uma mistura inflamável, se essa mistura for se acumulando e se tiver algum meio de ignição, pode acontecer uma explosão.(Unicamp, 2022)

Para que isso não aconteça, o mercado acaba investindo em instrumentos que possam estar medindo essa quantidade de gás existente no ar.

 O mercado oferece vários aparelhos que são utilizados para medição de gases, porem eles tem alto custo para ser adquiridos, e normalmente são usados nas industrias. (Stefan, 2020)

Os seres humanos com o passar dos anos foram evoluindo, e cada vez mais se conectando por meio de novas tecnologias. A internet das coisas veio aumentar a qualidade da existência de sistemas e serviços de baixo custo, criando oportunidade especificas em varias áreas. (Muenchen, 2018)

O IOT vem se apresentando como uma das principais tecnologias emergentes, gerando novas aplicações das tecnologias de informação, comunicação e sensoriamento. (ZENELLA, 2014)

Para sistemas microcontrolados, que é o principal hardware utilizado em IOT, há a existência de sensores que possam estar medindo a quantidade de concentração de gás no ar. Esses sensores que vão ser utilizados são do tipo eletrolíticos. Comparados aos instrumentos industriais, esses são de baixo custo e estão associados a módulos que permitem a conexão com um microcontrolador. O seu funcionamento acontece por meio de uma variação de tensão existente em uma resistência interna que se altera conforme o sensor detecta algum gás, isso torna possível perceber a variação de tensão, que é transmitida na entrada do microcontrolador, que por pode ser analógico ou digital. (HANWEI ELETRONICS, 201-a)

Os sensores da família MQ enviam um sinal analógico para o microprocessador, entretanto o valor analógico emitido pelo sensor tem que ser trabalhado para poder saber o seu real resultado, pois o mesmo não manda um sinal direto. Para que a concentração seja determinada, tem-se que utilizar o manual do sensor para pegar as curvas de atuação do mesmo. No manual há a existência de um gráfico, mostrada na figura 1, que apresenta os valores que corresponde à razão pela concentração do gás em partes por milhão. (Stefan, 2020)

 

Figura 1: Curva retirada do manual como exemplo

Por meio da analise de vários artigos chegou-se a conclusão que a função que mais se aproxima das curvas apresentadas nos gráficos acima é da forma mostrada na equação (1).

 

yx=axb

(1)

 

OBJETIVOS

Objetivo geral

Construir um sistema para a detecção e monitoramento de gases para os laboratórios de química do campus por meio de sensores via microcontrolador ESP32.

Objetivos específicos

• Desenvolver um sistema para aquisição de dados.
• Construir Protótipo.
• Implementar os dados adquiridos a uma máquina virtual por meio do AWS.
• Acionar atuadores a partir dos dados enviados para a máquina virtual.
• Realizar memorial do projeto.

MATERIAIS E MÉTODOS

Os materiais que terão maior prioridade para a construção do projeto serão:

• Módulo ESP32 NodeMCU;
• Sensor de humidade e temperatura DHT11
• Sensor de gás inflamável e fumaça MQ-2
• Sensor para gás GLP MQ-135

A partir dos componentes acima o circuito poderá ser montado com estrutura simulada em software onde foi simulado com um Arduino por falta do ESP, porém o mesmo será montado com o ESP no mesmo esquema exemplificado na figura 2.

Figura 2 - Circuito do Projeto

Fonte: própria autoria.

A função do módulo ESP32 será fazer a obtenção e upload dos dados solicitados. Na ESP será realizada a programação para calcular os valores tensão (V) e corrente (A) obtidos a partir das leituras dos sensores, após essa obtenção os dados serão enviados via Wi-Fi para uma plataforma de análise via NODE-RED, além disso os dados ficaram armazenados em um banco de dados e um web-server será criado para acesso local ou remoto pela internet. Para que sejam passíveis estes os acessos, teremos com base a utilização de máquinas virtuais do em softwares da Amazon Web Service (AWS), a partir de uma instância do tipo EC2 (Amazon Elastic Compute Cloud) (AMAZON WEB SERVICE, 2022), com o auxílio do software Visual Studio Code e ferramentas de programação como o Node-RED (MICROSOFT, 2022; OpenJS Foundation, [2022]).

Utilizando a curva retirada do manual, junto com a função da mesma, é possível obter o valor em ppm das concentrações de gases.

 

RESULTADOS 

Para o desenvolvimento deste projeto obtivemos um sistema de monitoramento constante, da emissão de gases GLP e fumaça, além do controle da umidade presente no ar. Onde os dados monitorados podem ser analisados local ou remotamente por meio de um servidor e um site, criados de modo online para a exibição desse monitoramento.

Para a obtenção dos dados a cima foi necessário o seguinte programa no Node-Red:

Este controle poderá ser utilizado para supervisão da segurança das salas de química, detectando os gases liberados pelos bicos de bunsen destas salas do prédio, assim como para as cozinhas já que o mesmo também detecta o gás liberado pelos bujões.

Além disso, o projeto pode funcionar como um segundo meio de detecção de fumaça destes locais, tendo em vista que um dos sensores utilizados também os capta caso haja algum problema com os detectores de incendo, proporcionando ainda mais segurança nestes casos.

Apesar do alto nível de segurança para incêndios teoricamente já existentes nestes locais, um controle para evitar o início destes incêndios, somente pelos gases liberados ainda é inexistente. Dessa forma, temos um potencial para inovação do projeto no aperfeiçoamento das características de um produto já obrigatoriamente implementado.

A obtenção dos resultados destas supervisões poderá ser utilizada para futuros trabalhos sendo possível assim a divulgação em revistas de artigos científicos ou eventos.

Link para Video do prjeto:  https://youtu.be/eAhjwZ6Lf0U

 

PROTOCOLO UDP

O que é UDP?

Como todos os protocolos de rede, o UDP é um método padronizado para transferir dados entre dois computadores em uma rede. Comparado a outros protocolos, o UDP realiza este processo de forma simples: envia pacotes (unidades de transmissão de dados) diretamente para um computador de destino sem estabelecer primeiro uma conexão, indicando a ordem dos referidos pacotes ou verificando se eles chegaram como pretendido — Os pacotes UDP são chamados de ‘datagramas’.

Para que o UDP é usado?

O UDP é comumente usado em comunicações sensíveis ao tempo, em que, ocasionalmente, descartar pacotes é melhor do que esperar. O tráfego de voz e vídeo é enviado usando este protocolo porque ambos são sensíveis ao tempo e projetados para lidar com algum nível de perda. Por exemplo, VOIP (voz sobre IP), que é usado por muitos serviços telefônicos baseados na Internet, opera sobre UDP. Isso ocorre porque uma conversa telefônica estática é preferível a uma que seja nítida, mas muito atrasada.

Entenda a estrutura de cabeçalho UDP!

UDP envolve datagramas com um cabeçalho UDP, que contém quatro campos totalizando oito bytes.

Os campos em um cabeçalho UDP são:

• Porta de origem  – a porta do dispositivo que envia os dados. Este campo pode ser definido como zero se o computador de destino não precisar responder ao remetente.
• Porta de destino  – a porta do dispositivo que recebe os dados. Os números da porta UDP podem estar entre 0 e 65.535.
• Comprimento  – especifica o número de bytes compreendendo o cabeçalho UDP e os dados de carga útil UDP. O limite para o campo de comprimento UDP é determinado pelo protocolo IP subjacente usado para transmitir os dados.
• Checksum  – O checksum permite que o dispositivo receptor verifique a integridade do cabeçalho do pacote e da carga útil. É opcional no IPv4, mas tornou-se obrigatório no IPv6

 

TCP vs UDP: quais as principais diferenças entre esses protocolos?

O UDP é mais rápido, mas menos confiável do que o TCP, outro protocolo de transporte comum. Em uma comunicação TCP, os dois computadores começam estabelecendo uma conexão por meio de um processo automatizado denominado ‘handshake’. Somente depois que esse handshake for concluído, um computador realmente transferirá pacotes de dados para o outro.

As comunicações UDP não passam por esse processo. Em vez disso, um computador pode simplesmente começar a enviar dados para o outro:

Além disso, as comunicações TCP indicam a ordem em que os pacotes de dados devem ser recebidos e confirmam se os pacotes chegam conforme o planejado. Se um pacote não chegar — por exemplo, devido a congestionamento em redes intermediárias — o TCP exige que ele seja reenviado. As comunicações UDP não incluem nenhuma dessas funcionalidades.

Quais as vantagens e desvantagens do UDP?

O UDP tem vários benefícios para diferentes tipos de aplicativos, incluindo:

• Sem atrasos de retransmissão  — UDP é adequado para aplicativos sensíveis ao tempo que não podem pagar atrasos de retransmissão para pacotes perdidos. Os exemplos incluem Voice over IP (VoIP), jogos online e streaming de mídia.
• Velocidade  — a velocidade do UDP o torna útil para protocolos de resposta a consultas, como DNS, nos quais os pacotes de dados são pequenos e transacionais.
• Adequado para broadcasts  — a falta de comunicação ponta a ponta do UDP o torna adequado para broadcasts, em que os pacotes de dados transmitidos são endereçados como recebíveis por todos os dispositivos na Internet. As transmissões UDP podem ser recebidas por um grande número de clientes sem sobrecarga do lado do servidor.
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• Desvantagens do protocolo de datagrama do usuário

•  1. Sem conexão

  UDP é sem conexão, o que significa que não requer necessariamente um circuito virtual antes do processo de transferência de dados. Portanto, sem qualquer preparação ou negociação, o grama de dados pode ser enviado ao receptor. O receptor deve ser capaz de cuidar deles.

  2. Não confiável

  UDP geralmente não é confiável porque não há nenhum conceito de retransmissão, reconhecimento ou tempo limite aqui. Sempre que um grama de dados é enviado, não é possível garantir que será entregue ao host de destino. Às vezes, o grama de dados pode ser perdido no caminho ou entregue duas vezes. A pior parte é que não há sequer uma indicação disso, a menos que o anfitrião decida mencioná-los. No entanto, esses tipos de taxas de falha são muito baixas em conexões de rede.

  3. Pedido incorreto

  Além de os dados não serem entregues, também podem estar fora de serviço no UDP. Não é possível garantir que a sequência em que os dados estão sendo enviados esteja na mesma ordem ao chegar ao aplicativo host. Às vezes, os pacotes podem ser ordenados de forma que você receba primeiro um pacote que foi enviado com atraso. Além disso, não há como prever esses pedidos até que sejam recebidos.

  4. Sem controle de congestionamento

  Ao contrário do TCP, os métodos de controle de congestionamento não estão presentes no UDP. Como não há nenhum método de controle de congestionamento no UDP, um grande número de dados transmitidos via UDP pode causar congestionamentos. Para isso, não há restrições que possam ser impostas.

  5. Suporte para roteador

  No que diz respeito ao tratamento do UDP, os roteadores são bastante descuidados. Isso ocorre porque sempre que um grama de dados é colidido, ele não os retransmite. Além disso, em um roteador os pacotes UDP serão descartados antes mesmo dos pacotes TCP.

Referencia: 

SEABRA, Giulianna. O que é UDP e quais as diferenças com o TCP?. In: O que é UDP e quais as diferenças com o TCP?. [S. l.], 19 jun. 2019. Disponível em: https://blog.betrybe.com/desenvolvimento-web/udp-diferencas-tcp/. Acesso em: 23 jun. 2022.

 

[ID:74] Autor:Higor da Silva Soares - Criado em: 2022-04-29 17:42:06 - [ Compartilhar ]