EnvSmart: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

EnvSmart é um projeto desenvolvido para auxiliar pessoa com mobilidade reduzida em tarefas do dia a dia, como por exemplo no controle de iluminação e aparelhos eletrônicos tais como televisão, ar-condicionado e TV a Cabo. O gerenciamento desses equipamentos será feito pelo usuário através de uma interface simples em um smartphone com sistema operacional Android.

O projeto foi construído utilizando duas placas Arduino Nano que trocam informações entre si, onde uma placa funciona como o servidor web possuindo um endereço IP dentro da rede operante, já a segunda placa funciona como um cliente sendo a responsável por receber as informações do servidor e acionar cada aparelho específico.

O projeto tem o objetivo ajudar as pessoas a executar as tarefas que são tarefas simples para qualquer pessoa, mas para uma pessoa com mobilidade reduzida acaba tornando complexa. Assim, possibilita essas pessoas a terem uma imersão maior ao ambiente e se sentirem mais independentes.

Etapa 1: Sobre O EnvSmart

O EnvSmart surgiu como uma necessidade de fornecer maior independência às pessoas que têm mobilidade reduzida, a plataforma foi toda construída com o auxílio de uma pessoa cadeirante e que tem dificuldade em realizar algumas tarefas do dia, como o simples ato de alterar o canal da televisão ou simplesmente acionar uma lâmpada.

Acima é possível ver uma tela do aplicativo de controle de todo o sistema do EnvSmart construído para sistemas Android, através dele podemos controlar o sistema de ar-condicionado, televisão, tv a cabo e toda iluminação, além de poder criar cenas prontas para o ambiente e facilitar ainda mais a gestão do ambiente.

A figura também mostra como duas placas Arduinos juntas com um módulo relacionado, um módulo NFC, um leitor de cartão SD e por fim o emissor de LED. O roteador é o responsável por conectar-se ao sistema ao Servidor Web e permitir que o usuário tenha um porta de acesso para gerir o sistema.

Etapa 2: Desenvolvimento Do Aplicativo De Controle

A plataforma criada para controlar todo o sistema foi desenvolvida para sistemas de smartphones Android. Foram botões criados com um tamanho grande da forma que uma pessoa com redução reduzida utiliza-la sem dificuldades, além de uma plataforma sem bem simples e intuitiva.

Para o desenvolvimento do aplicativo foi usado o software Android Studio que é um ambiente de desenvolvimento integrado para desenvolver uma plataforma Android.

Etapa 3: Equipamentos Utilizados E Funcionamento

Acima temos a imagem com os equipamentos que foram utilizados para o desenvolvimento do EnvSmart. A ideia na utilização de dois arduinos foi principalmente devido a limitação de memória de programa dessa plataforma, então foi separado em duas partes, onde o primeiro arduino funciona como um servidor recebido como informações do usuário e transmitindo para o arduino cliente que fica responsável por gerenciar todos os dispositivos conectados a ele.

Com o EnvSmart o usuário irá controlar a iluminação do sistema de duas formas, a primeira é através do cartão NFC, onde o usuário cadeirante ao aproximar uma cadeira de roda ao leitor NFC acionará as luzes definidas escolhidas, e o mesmo irá ocorrer ao sair do ambiente que automaticamente irá apagar todas as lâmpadas. A segunda forma de controle é por meio do aplicativo de celular que contém algumas funções específicas para ainda mais a vida do usuário, por exemplo, nenhum controle de equipamentos como televisão, onde o comando final só será enviado ao final dos três dígitos do canal desejado, não tendo problema para o usuário ou tempo de espera entre cada dígito.

O cartão SD é o responsável pelo armazenamento de todos os códigos de aparelhos que utilizam o infravermelho para comunicarem. O módulo de cartão SD é ligado ao arduino através do protocolo SPI que será explicado mais abaixo.

Etapa 4: Protocolos De Comunicação

Para a comunicação entre as duas placas Arduinos foi utilizado o protocolo UART com o auxílio da biblioteca SoftwareSerial que tem o objetivo de emular como funcionalidades do HardwareSerial. O protocolo UART utiliza o pino de transmissão (Tx - Pino D5) e o receptor de pino (RX - Pino D4). Por ser uma comunicação assíncrona é definido um BaudRate que define uma velocidade de recepção e envio, nesse caso definimos como 9600 bps.

Para uma comunicação entre usuário e EnvSmart para usar uma arquitetura Ethernet que é uma Rede de Área Local (LAN) e usar o modelo TCP / IP implementado na biblioteca EtherCard onde é definida uma porta de comunicação, endereço IP e MAC do dispositivo. Na camada de aplicação da pilha TCP / IP é construído o pacote de dados tanto para envio quanto para recebimento utilizando o HTTP através do método GET.

O protocolo de comunicação entre arduino e o módulo de Cartão SD é o SPI (Serial Peripheral Interface) que também é um protocolo de comunicação serial, porém, diferente do protocolo UART esse é implementado de forma síncrona. Os pinos para comunicação entre os dispositivos SPI são definidos como MOSI (Mestre para Escravo), MISO (Escravo para Mestre), SCK (Clock) responsável pelo sincronismo e seleção de CS ou escravo ativo.

Etapa 5: Bibliotecas

Foram utilizadas algumas bibliotecas prontas para fazer o sistema funcionar. Uma biblioteca EtherCard (https://github.com/jcw/ethercard) é o driver para o chip ENC28J60 encontrado no escudo ethernet, e onde é formada uma pilha TCP / IP explicada anteriormente. A biblioteca SD (https://github.com/adafruit/SD) é responsável por fazer a comunicação entre arduino e o cartão SD. A biblioteca IRRemote (https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote) é a responsável por emitir o comando infravermelho. A biblioteca PN532 (https://github.com/adafruit/Adafruit-PN532) é quem faz uma interação entre o módulo NFC e o arduino. Por fim, a biblioteca SoftwareSerial quq é quem emula a comunicação serial de forma a parecer uma HardwareSerial.

Etapa 6: Serial Telas Da Comunicação

Acima temos como imagens da tela da comunicação serial do servido e do cliente, podemos ver as informações da troca de mensagens entre os dois módulos microcontroladores, na primeira vemos o servidor enviando uma mensagem contendo o equipamento a ser acionado junto ao sinal que deseja que seja realizado. Na segunda imagem tem o cliente recebendo a informação enviada pelo servidor e respondendo com o valor do estado atual das lâmpadas e em seguida podemos ver essa informação no módulo servidor.

Podemos visualizar também quando o módulo cliente recebe o sinal para acionar o infravermelho, que imprimi em seguida a linha do cartão SD que contém o sinal em questão.

Etapa 7: Montagem Do EnvSmart

Acima estão todas as obtidas realizadas na montagem do EnvSmart, onde se pode ver como são conectados os componentes através do protocolo SPI e I2C citados anteriormente. O sistema é todo alimentado com uma fonte de 9V e 1A ligado nas restrições Vin e GND de cada arduino nano.