Monitoramento e controle de ares-condicionados via aplicativo móvel, Teses (TCC) de Desenvolvimento de Aplicações para Internet

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Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros

Luís Henrique Siqueira e Maia

AUTOMAÇÃO E MONITORAMENTO DE SISTEMAS

REFRIGERADORES DE AR VIA APLICATIVO MÓVEL

Montes Claros - MG

Luís Henrique Siqueira e Maia

AUTOMAÇÃO E MONITORAMENTO DE SISTEMAS

REFRIGERADORES DE AR VIA APLICATIVO MÓVEL

Monografia apresentada ao Curso de Engenha- ria de Controle e Automação da Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro de Controle e Automação.

Orientador: MS. HUGO ANDREI MENDES DA SILVA

Montes Claros - MG 2019

Aos meus pais, familiares e irmãos em Cristo.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, que me deu força em meio à fraqueza, consolo em meio ao choro, esperança em meio às adversidades e fé para superar obstáculos e dificuldades encontrados ao longo desse caminho.

Aos meus pais, Geraldo e Raquel, que acreditaram em meu potencial, que me proporci- onaram o acesso à universidade e à educação, que procuraram me aconselhar e ensinar a ser uma pessoa correta - buscando entender a sabedoria e o conhecimento - e por serem pacientes e incentivadores.

À minha irmã, Gabriela, aos meus colegas, Allison e Síntia, e também à minha irmã em Cristo, Josianny, que me deram apoio durante esta jornada e que, com palavras de incentivo, deram-me novas motivações para erguer e continuar este trabalho.

Ao meu professor e orientador Hugo Andrei, por sua dedicação, empenho, conhecimento, experiência, exigência e sua paciência em me ajudar a concluir com louvor esse trabalho, sempre procurando transmitir segurança.

A todos os demais que, de maneira direta ou indireta, fizeram parte de minha formação, intercedendo em meu favor e me auxiliando a alcançar com destaque essa vitória.

RESUMO

O crescimento populacional e a produção de tecnologia em série têm demandado maiores re- cursos para produção de energia. Nesse aspecto, novas tecnologias tem surgido, visando ao desenvolvimento sustentável, a fim de gerenciar o consumo de energia e reduzir os impactos no meio ambiente, especialmente com o advento da Indústria 4.0 e a Internet das Coisas (Internet of Things - IoT). Na Faculdade de Ciências e Tecnologia de Montes Claros (FACIT), o projeto de iniciação visando ao controle, ao monitoramento e à redução do consumo energético para sistemas condicionadores de ar, permitiu que usuários pudessem gerenciar esses equipamentos à distância, desde que tivessem acesso à internet. Todavia, o sistema encontrava-se incompleto, pois apresentava pontos com falhas de interoperabilidade, impedindo que fosse posto em pro- dução. Assim, este projeto teve como objetivo sanar os pontos com falha de interoperabilidade desse sistema, buscando a automatização e a dinamicidade nos processos de notificação e de decodificação de mensagens, além de fornecer a possibilidade de gerenciar o sistema mediante o uso de um aplicativo móvel. Ainda, a pesquisa pretendeu levantar os requisitos para análise das funcionalidades do sistema precedente, a fim de propor novas ideias com funcionalidades aplicáveis através do uso da Técnica Brainstorming. À vista disso, foi possível automatizar os processos de notificação e de decodificação de mensagens, bem como possibilitar o gerencia- mento administrativo do sistema pela aplicação móvel. Por fim, os dados coletados pelo sensor de corrente foram utilizados para estimar o consumo de energia e a redução do mesmo aplicando-se a funcionalidade de agendamentos, que permite ao usuário formalizar agendamentos específicos para um ou mais splits.

Palavras-chave: Desenvolvimento sustentável, Consumo energético, Internet das Coisas, Apli- cativos móveis, Condicionadores de ar.

ABSTRACT

Population growth and serial technology production have demanded greater resources for energy production. In this sense, new technologies have emerged to ensure sustainable development in order to manage energy consumption and reduce impacts on the environment, especially with the advent of Industry 4.0 and the Internet of Things (IoT). At the Montes Claros Faculty of Science and Technology (FACIT), the initiation project aimed at controlling, monitoring and reducing energy consumption for air conditioning systems allowed users to manage these equipment remotely, provided they had access to Internet. However, the system was incomplete as it had points with interoperability failures, preventing it from being put into production. Thus, this project aimed to remedy the interoperability failures of this system, seeking automation and dynamism in the notification and decoding processes of messages, as well as providing the possibility to manage the system through the use of a mobile application. Still, the research aimed to raise the requirements for analysis of the previous system functionalities, in order to propose new ideas with applicable functionalities through the use of Brainstorming Technique. In view of this, it was possible to automate the notification and decoding processes of messages, as well as to enable administrative management of the system by the mobile application. Finally, the data collected by the current sensor was used to estimate the energy consumption and its reduction by applying the scheduling functionality, which allows the user to formalize specific schedules for one or more splits.

Keywords: Sustainable Development, Energy Consumption, Internet of Things, Mobile Apps, Air Conditioners.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

A/D Analógico-Digital

API Application Programming Interface

ARN Amazon Resource Name

AWS Amazon Web Services

BTU Bristish Thermal Unit

CA Corrente Alternada

CI Circuito Integrado

CLI Command Line Interface

CORS Cross-Origin Resource Sharing

CPU Central Processing Unit

CRUD Create, Read, Update and Delete

D/A Digital-Analógico

EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory

FACIT Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros

FCM Firebase Cloud Messaging

HTTP Hypertext Transfer Protocol

I/O Input/Output

IAM Identity and Access Management

IBM International Business Machines Corporation

IDE Integrated Development Environment

IdP Identity of Provider

IoT Internet of Things

IPV4 Protocolo de Internet Versão 4

IPV6 Protocolo de Internet Versão 6

JSON JavaScript Object Notation

Led Light Emitting Diode

M2M Machine-to-Machine

MAC Media Access Control

MFA Multi-Factor Authentication

MQTT Message Queue Telemetry Transport

MVC Model-View-Control

RAM Random Access Memory

REST Representational State Transfer

RFID Radio Frequency Identification

ROM Read-Only Memory

S3 Simple Storage Service

SDK Software Development Kit

SNS Simple Notification Service

SO Operating System

SoC System on Chip

SQL Linguagem de Consulta Estruturada

TCP Transmission Control Protocol

UII User Identity Id

USB Universal Serial Bus

VSCode Visual Code Studio

WiFi Wireless Fidelity

WPA Progressive Web App

SUMÁRIO

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INTRODUÇÃO

A Revolução Industrial, ao longo do tempo, trouxe consigo o desenvolvimento e a crescente evolução tecnológica, surgindo tecnologias capazes de utilizar recursos naturais renováveis e não renováveis para geração de energia. Isso permitiu que o ser humano alcançasse um estado de bem-estar socioeconômico em poucos anos. Todavia, a preocupação com o uso acelerado dos recursos naturais tem sido alarmante, pois, para geração de energia, como a hidráulica, o meio-ambiente sofre grandes impactos, a fim de que a demanda por energia seja atendida pela crescente população. Ainda, no mesmo contexto, novas tecnologias têm surgido através de dispositivos compactos e simples, permitindo a implantação de sistemas inteligentes para controlar ou automatizar determinado processo, a ponto de estarem presentes em residências, escritórios, apartamentos, faculdades e indústrias. Desse modo, preocupando-se com o futuro bem estar da natureza e da humanidade, novas tecnologias que visam ao desenvolvimento sustentável têm surgido para reduzir o impacto ambiental.

O projeto de iniciação científica voltado para o monitoramento e controle de ares-condi- cionados em empresas e faculdades, desenvolvido na FACIT, é um sistema que se baseia no desenvolvimento sustentável de energia, visto que esses aparelhos causam grandes impactos ao meio ambiente devido à grande demanda energética e ao crescimento populacional associado à produção e ao consumo em larga escala desses aparelhos. Atualmente, o sistema desenvolvido encontra-se dividido em três partes, a saber, o front-end, o back-end e a atuação de controle final efetuada por dispositivo microcontrolado.

A primeira parte, conhecida como front-end, trata-se da interação de componentes e da manipulação de dados solicitados pelo cliente, via aplicativo desenvolvido com interface amigável.

A segunda, conhecida como back-end, foi desenvolvida utilizando diversos serviços dis- ponibilizados pela Amazon, sendo um sistema que rege as regras de negócio, que efetua o processamento final para armazenamento dos dados, entre outras funções.

A terceira e última parte consiste no controle final do processo por meio do microcon- trolador, utilizado para comunicação e transmissão de dados de forma mútua com o servidor, via protocolo Message Queue Telemetry Transport (MQTT). Desse modo, o microcontrolador interpreta os dados recebidos e efetua a mudança de status sobre o sistema refrigerador de ar de grande porte, denominado split; isto, mediante o uso do Diodo Emissor de Luz (Light Emitting Diode – Led) infravermelho.

Assim, todas as partes contribuem, entre si, mediante o estabelecimento da troca de informações por meio da integração dos objetos conectados à internet, termo conhecido como Internet das Coisas.

No sistema precedente, o aplicativo que fora desenvolvido e utilizado como intermédio

entre cliente e servidor permitia o cadastro de usuários, a exibição de splits em forma de lista para o usuário, a alteração do status do split e a formalização de agendamentos com status pré-definidos, seja para a seleção de um ou mais splits.

Contudo, de modo geral, o sistema não estava completo, pois não possuía um módulo gerenciável para os usuários privilegiados, bem como um sistema que automatizasse o processo de decodificação de mensagens advindas do controle remoto - as quais eram emitidas e captadas via Leds emissor e receptor infravermelhos, utilizando da microcontroladora e de seu algoritmo desenvolvido para leitura e interpretação dos sinais recebidos -, já que este procedimento é necessário para identificar o status desejado pelo usuário e o sinal correspondente a ser emitido. Na mesma linha, o aplicativo não notificava o usuário acerca de mudanças de status efetuadas por outros usuários e, sucessivamente, observou-se a necessidade de se instalar o sensor de corrente para monitoramento das condições do ambiente.

Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo principal a implantação de melhorias no sistema de monitoramento e de controle de sistemas refrigeradores de ar - que se utilizava de uma aplicação voltada para dispositivos móveis com Sistema Operacional (Operating System - SO) Android -, uma vez que apresentava pontos com falhas de interoperabilidade e incompletudes que tornavam inviável a implantação e utilização do sistema, tanto pelo usuário comum como por seus administradores.

Como objetivos específicos estabelecidos para alcançar o objetivo geral proposto para essa pesquisa, têm-se:

a) Criar e desenvolver componentes, páginas e funcionalidades - tanto no aplicativo como em nuvem -, para que os usuários administradores e técnicos do sistema possam gerenciá-lo mediante aplicação móvel como uma ferramenta de gestão;

b) Desenvolver e automatizar o processo de notificação, utilizando os recursos do aplicativo e do servidor, a fim de informar aos usuários sobre possíveis eventos; c) Desenvolver e automatizar o processo de decodificação de mensagens advindas mediante o uso do controle remoto do ar-condicionado para que sejam cadastradas no banco de dados;

d) Coletar dados do sensor de corrente para estimação do consumo de energia e para aná- lise dedutiva mediante a aplicação da funcionalidade que permite ao usuário formalizar agendamentos para um ou mais splits.

O presente projeto apresenta como justificativa a implantação de melhorias em um sistema que aplica os conceitos de IoT e que visa ao desenvolvimento sustentável, fato este considerado como um dos principais aspectos que busca reduzir as causas de impacto no meio ambiente.

A presente pesquisa encontra-se dividida em três partes para melhor compreensão e delineamento do objeto de estudo e prática a ser abordado.