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KIT de IoT - Laboratório de IoT do curso de Eletrotécnica do CEFT-MG

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Epaminondaslage/Kit-IoT

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Introdução

A evolução tecnológica surpreende e até mesmo nos assusta, seja por sua sua velocidade ou pelas mudanças repentinas. Acompanhamos a miniaturização da tecnologia e o aumento assintótico da capacidade de processamento e armazenamento de dados dos computadores. Como consequência, áreas como automação, instrumentação industrial e telecomunicações têm espaço garantidos nesta corrida e cada vez mais podemos observar diferentes grandezas físicas e oferecer acesso simultâneo a estas informações para diferentes públicos.

Em uma indústria 4.0, podemos monitorar grandezas como campo eletromagnético, corrente elétrica, vazão, pressões, grandezas quimicas, temperatura entre outras e os sistema supervisórios indicando o melhor momento de realizar uma atuação. No setor automobilistico e de transporte, veículos completamente autônomos, carros com inúmeros sensores, o controle on-line de movimentação de carga. No setor médico, sensores podem permitir a avaliação de dados de pacientes de forma remota e preventiva, integrado com roupas e dispositivos de uso pessoal. Ou seja, todas as “coisas” podem ser monitoradas ou fornecer dados instantaneamente onde quer que estejam.

Neste contexto apresentamos a era da “Internet das Coisas”. Ela proporciona o acesso a dados por meio de redes interconectadas com a internet, seja fins de automação ou para a otimização do dia-a-dia das pessoas. Este KIT apresenta informações introdutórias de como fazer com que este mundo seja apresentado aos nossos alunos, utilizando das tecnologias embarcadas mais difundidas, a plataforma de microprcessadores Arduino. O nosso objetivo é despertar o interesse do aluno do Curso de Eletrotécnica do CEFET-MG para as mais diferentes aplicações baseadas nos conceitos da Internet das Coisas.

Neste repositório o aluno encontrará uma descrição completa do KIT de sensores para o aprendizado básico do microcontrolador Arduino com sensores. Reunimos 37 sensores e módulos básicos, visando o aprendizado conveniente para iniciantes. Neste kit, existem sensores/atuadores digitais e analógicos e também alguns módulos especiais, como ultrassom, Bluetooth, módulo de aceleração, WIFI, entre outros.

Para cada módulo, há um diagrama de conexão e um código de exemplo. Portanto, mesmo se você seja totalmente novo, pode começar facilmente. Os códigos de exemplo para este kit de sensores são baseados no ARDUINO, porque é de código aberto e fácil de usar. Se você tiver conhecimentos prévios, também pode aplicar este kit a outras plataformas de desenvolvimento de MCU, Raspberries Pi, etc. O princípio de funcionamento é praticamente o mesmo.

Agora, vamos abraçar este projeto com o ARDUINO e aprender juntos!

Microcontroladores disponibilizados no Kit

Arduino UNO

https://github.com/arduino/Arduino

Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única, projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por principiantes e profissionais. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e ferramentas mais complicadas.

Wemos D1

https://github.com/wemos

É uma plataforma de prototipagem que possui as mesmas dimensões do Arduino Uno R3. As diferenças mais básicas em relação ao Arduino são o conector micro USB e um ESP8266-12E. A Wemos D1 já conta com WiFi nativo, o que a torna uma plataforma extremamente atraente para desenvolvimento de projetos Iot.

ESP32 DEVKIT V1

https://github.com/espressif/arduino-esp32

Características do Chip ESP32

Esse ESP32 é um super chip !  Ele possui dois Microprocessadores  Xtensa® 32-bit LX6  com até 600 DMIPS (velocidade de processamento). A frequência do clock pode ser de até 240 MHz, dependendo do modelo. A frequência mais comum é 160 MHz ( 10 vezes o clock do Arduino Uno).

  • memória ROM  interna de 448K Bytes (para Boot e Core)
  • memória RAM estática interna de 520K Bytes
  • Memória externa (total 4) – suporte para até 16M Bytes Flash e 16M Bytes SRAM
  • 1 K Bit de Fusíveis eletrônicos (para segurança e criptografia)
  • Real Time Clock com 16K Bytes de SRAM
  • Interface WIFI 802.11 b/g/n – 802.11 n (2.4 GHz), até 150 Mbps
  • Interface Bluetooth v4.2 BR/EDR e  Bluetooth LE (low energy)
  • Dois grupos de Timers – 4 timers de 64 Bits
  • Aceleradores de hardware (criptografia) – AES, SHA, RSA e ECC
  • Alimentação VCC de 2,3V a 3,6V CC
  • Consumo de corrente max com WIFI – 240 mA

Periféricos do Chip ESP32 

  • 34 × Portas programáveis GPIOs
  • 2 x Conversores ADC SAR 12-bits com até 18 canais
  • 2 × Conversores DAC de 8-bits
  • 10 ×  sensores de toque
  • Sensor de Temperatura
  • 4 × interfaces SPI – clock até 40 MHz !
  • 2 × interfaces I2S – clock até 40 MHz !
  • 2 × interfaces I2C – até 5 Mbps
  • 3 × interfaces seriais UART – até 5 Mbps !
  • 1 Host (SD/eMMC/SDIO) para controle de SD Cards
  • 1 Escravo (SDIO/SPI)
  • Interface Ethernet MAC (necessita acessório)
  • Interface CAN 2.0
  • Interface Infra-vermelho  (Tx/Rx)
  • Controle de Motor PWM
  • Controle de LED PWM até 16 canais
  • Sensor interno Hall

Kit - Parte física

A caixa do KIT foi projetada e construída usando a tecnologia de impressão 3D. Já utilizada em diversos segmentos, em especial, para pequenas produções. Todas as peças plásticas foram feitas em impressoras tridimensionais com o objetivo de facilitar a montagem dos sensores aos microcontroladores e fonte de alimentação.

Sensores/atuadores/módulos

Reunimos sensores, atuadores, displays, LEDs, resistores e módulos básicos, visando o aprendizado conveniente para iniciantes. Dentro desta caixa, existem diversos módulos de sensores digitais e analógicos, atuadores e também alguns módulos especiais, como ultrassom, Bluetooth, WIFI, módulo de aceleração, displays de LED e LCD, etc.

Para cada módulo, há um diagrama de conexão e um código de exemplo. Portanto, mesmo se você for um iniciante, você pode começar facilmente. Os códigos de exemplo para este kit de sensores são baseados no ARDUINO e são fáceis de usar. Pode aplicar este kit a outras plataformas de desenvolvimento de MCU e WEMOS D1 os quais compões este kit. O princípio de funcionamento é praticamente o mesmo.

Agora, vamos abraçar este mundo fascinante de ARDUINO e IoT e aprender juntos!

Sensores/atuadores/módulos que compõem o kit

Topologia de Rede do Laboratório

O laboratório de IoT está localizado na sala XXXX do prédio 19 do Campus2 do CEFET-MG. É utilizado em conjunto com outras disciplinas e possue microcomputadores ligados em uma rede local isolada por um firewall da rede institucional do CEFETMG conforme topologia abaixo:

Informaçoes Gerais de Operação

  • 01 servidor de rede
  • 01 roteador de WIFI
  • 10 KITs de trabalho e seus respectivos módulos/sensores.
  • 10 Estações de Trabalho - Windows 7
  • IP's Fixos faixa 10.0.0.10 a 10.0.0.18. através de placa WIFI.
  • IDE Arduino com drives atualizados .
  • IDE com suporte às placas Arduino UNO, ESP 8266, Wemos D1, NodeMCU V2
  • Drives de comunicação serial/USB atualizados para os processoadores em uso.
  • Acesso ao repositório de arquivos no servidor 10.0.0.1.
  • Os dispositivos somente conectam à rede WIFI apenas com SSID e senha.
  • Esta rede não tem conexão com a Internet salvo momentos de atualização da IDE/libs e será feita através de liberação no firewall.
  • A rede tem ip fixo nas estações de trabalho e DHCP para os demais dispositivos.
  • O servidor de rede é um edgecomputer com Linux e serve como broker de MQTT, servidor de arquivos, Firewall, DHCP Server, PROXY Server, etc.

Material Didático

Neste repositório está disponibilizado ppt, apostilas, manuais, etc.

Trabalhos publicados na área com participação do autor

Status

Este repositório é para alunos do DEE / Curso de Eletrotécnica do CEFET-MG

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KIT de IoT - Laboratório de IoT do curso de Eletrotécnica do CEFT-MG

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