UNIVERSIDADE POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO Josinei Ercole Pereira Filho Orientador : Eduardo Alberti SISTEMA PARA CONTROLE DE ENTRADA DE CRIANÇAS EM COLÉGIOS Curitiba, 2015

2 RESUMO Com o passar do tempo a tecnologia está nos proporcionando um vasto ramo de possibilidades para que possamos interagir com as coisas que acontecem a nossa volta. As aplicações que envolvem a tecnologia denominada RFID, muitas vezes utilizada para facilitar alguma ação do usuário sem que o mesmo precise exercer ou saber oque esta utilizando, uma dessas opções é a utilização do VIAFACIL para facilitar uma viagem com muitos pedágios, com a tecnologia RFID ele nos permite passar pelo pedágio sem que seja necessário parar e realizar o pagamento. Com a ideia de facilitar a identificação de crianças em sua chegada ou saída do colégio, foi desenvolvido um sistema RFID, interligado com uma interface android, que consiste basicamente em realizar a identificação das crianças que estão transitando o seu colégio, e assim enviar essas informações para os seus respectivos pais. O reconhecimento de cada criança é realizado através de um chaveiro RFID que contém um código único para a mesma, assim que ela realiza o contato do chaveiro no sensor posicionado nos portões do colégio e na entrada de sua sala de aula. Após cada acionamento do sensor, os dados obtidos como nome da criança, horário que o sensor realizou a leitura, são enviados para o servidor implantado no próprio colégio, que por fim serão disponibilizados para a visualização do usuário na interface Android. O protótipo apresenta algumas possibilidades de modificações, como problemas que foram apresentados no desenvolver do projeto até melhorias que podem e devem ser desenvolvidas para que o projeto possa ser implantado. O sistema poderá ser aplicado em escolas, com a ideia de fornecer um conforto e um controle maior para os pais. Com uma conexão a internet, eles poderão estar sempre atualizados em relação às informações de horários de seus filhos, através do aplicativo. Palavras-chave: Escola, controle, RFID. 1

3 ABSTRACT Over time the technology is providing us a vast field of possibilities so that we can interact with the things that happen around us. The majority of the actions that we exercise throughout the day using some sort of system, but for us there is no difficulty in its execution. One of these examples are applications that involve technology called RFID, often used to facilitate some user action without the need to exercise or even know what you want using this. A great example would be the option to facilitate a journey with many tolls using VIAFACIL that with RFID technology allows us to go through the toll without stopping or we need to make the payment of the same. With the idea of facilitating the processes of today, an RFID system has been developed, interconnected with an android interface, which basically consists in carrying out the identification of children who are transiting your college, and so send that information to their parents. The recognition of each child is accomplished through an RFID key fob that contains a unique code for it, so that it performs the contact key chain in sensor positioned in the college gates and input your classroom. After each activation of the sensor, the data obtained as the child's name, time the sensor performed the reading are sent to the server deployed in the college itself, which ultimately will be made available for viewing on the Android user interface. The system can be applied in schools, with the idea to provide comfort and greater control for parents. With an Internet connection, they can always be updated with respect to time information of their children through the application. Keywords: School, RFID, control. 2

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.5 3. ESPEFICICAÇÃO TÉCNICA ANÁLISE DE REQUISITOS RESTRIÇÕES DESCRIÇÃO DAS PARTES COMPONENTES E INTERFACEAMENTO ENTRE SISTEMAS 9 4. DESENVOLVIMENTO HARDWARE SOFTWARE TESTES DE EXATIDÃO RESULTADOS E CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUTUROS BIBLIOGRAFIA.16 3

5 1 INTRODUÇÃO Em décadas passadas os métodos de segurança usados em colégios eram precários, como catracas e chamadas para que se fosse possível confirmar a presença dos alunos. Com esses métodos os pais tinham certos problemas para saberem quando a criança estava presente no colégio. Com a evolução da tecnologia surgiram novos horizontes para serem abordados para interação entre criança, colégio e os pais. O tema a ser abordado foi em relação às crianças que devem ir para as escolas desacompanhadas, causando assim certa preocupação para os seus pais. Geralmente a comunicação com seus filhos é realizada através de celulares ou tablets, dependendo assim da exposição de maiores perigos enquanto estão se direcionando para seus colégios e utilizando esses aparelhos. Com a ideia de que a criança não necessitasse estar carregando nenhum objeto de valor, foi desenvolvida uma solução para que os pais pudessem estar visualizando o horário em que seu filho chega ou sai do colégio. A solução adotada foi o desenvolvimento de um aplicativo que conectado a internet, poderá estar saber através de uma interface android as informações dos horários e também estar recebendo notificações caso alguma coisa esteja fora do seu planejado. 1.1 OBJETIVO GERAL O projeto consiste no desenvolvimento de um sistema de monitoramento para os pais e colégios, tornando assim possível um controle maior sobre suas crianças. O controle será executado via sensores posicionados estrategicamente nos portões e entradas de salas de aula, fazendo com que qualquer ativação dos sensores forneça os dados para uma interface do usuário. A interface para os usuários disponibilizara informações como, horários das entradas, horários das saídas e também um exercer um controle para horários máximos. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Projetar um sistema de banco de dados para armazenamento das 4

6 informações adquiridas pelos sensores, e disponibilizar essas informações para a interface do usuário. 2. Desenvolver um sistema que a criança não necessite estar portando nenhum objeto de valor para que fosse realizada a transferência de informações para seus pais. 3. Adaptar as bibliotecas dos sensores para que pudessem ser interligados com o MICROCONTROLADOR. 4. Desenvolver um método de threads para realizar a leitura das tags RFID, tendo como objetivo realizar o processamento de cada leitura apenas quando o anterior estiver encerrado. 5. Realizar testes no desempenho quando varias leituras estiverem sendo executadas nos sensores ao mesmo tempo. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A tecnologia sem se alterando com o passar dos tempos. Antigamente escolas apostavam sua segurança e de suas crianças em alarmes, monitoramentos de vídeos e entre outros, mas com o passar do tempo outras tecnologias mais avançadas começaram a surgir no mercado. O projeto denominado ZoeMob, um serviço que quando assinado permite a família monitorar seus filhos, através de um aplicativo instalado no celular. Através de um serviço web a família pode rastrear ate dois celulares, saber também a velocidade média que a pessoa rastreada esta e também caso ache necessário estar monitorando SMS do celular (ZOE MOB, ). Outro projeto desenvolvido com a finalidade de rastreamento escolar foi um implantado numa escola na Bahia, onde é implantado um chip nos uniformes dos alunos, fazendo com que quando entrem no colégio eles sejam identificados. Esse projeto consiste numa mesma ideia que o desenvolvido para esse protótipo, com um sensor no colégio identificando chips ou tags RFID nas entradas e saídas dos colégios (HYPE SCIENCE, 2012). O projeto do ZoeMob apresentado acima foi baseado em ideias muito mais complexas que o desenvolvido, como por exemplo no projeto desenvolvido, a ideia de 5

7 identificação das crianças é realizada de um método muito semelhante ao usado em pedágios, o chamado Via Fácil, onde o mesmo consiste na ideia de que quando o carro realizar a passagem pelo pedágio, ele consegue identificar, efetuando a cobrança e assim abrindo a passagem automaticamente para o mesmo. Tendo como principal diferença o método de identificação, onde o pedágio consta com uma antena para captação do sinal a longa distância e o projeto em si desenvolvido necessita da aproximação da tag ao sensor. Com a interface realizando as notificações para os usuários, foi realizado o desenvolvimento de um controle, onde o operador poderia definir um horário máximo de entrada, e outro horário máximo de saída para seus filhos, quando quaisquer desses horários fossem ultrapassados o aplicativo realiza a notificação. Comparando com muitos outros aplicativos, podemos notar a diferença onde, no caso de aplicativos de jogos ou algum tipo de controle específico para o usuário, o aplicativo verifica a ação de notificação a ser tomada após tanto tempo da ultima, por exemplo, se você precisa correr daqui dez minutos, ele faz uma contagem regressiva internamente, e quando esse tempo se esgotar ele lança a notificação. No sistema desenvolvido, foi criado um software a parte, com o objetivo de apenas realizar a verificação a cada minuto, verificando a hora cadastrada pelo usuário e a hora atual, tendo assim a notificação sendo lançada quando o horário for ultrapassado. 3 ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA O desenvolvimento do projeto foi separado em algumas partes que podemos denomina-las das seguintes maneiras, interface do android, sistema de identificação do colégio. A interface Android, pode apresentar informações de todos os dias e de todas as leituras realizadas da criança pelos sensores. A figura 1 ilustra para melhor entendimento as informações da interface, fornecidas ao usuário apresentando o dia a ser verificado e os horários das entradas e saídas. As informações que são apresentadas na interface são adquiridas do sistema de identificação implantado no colégio, onde o mesmo é representado por dois sensores RFID, um encontrado na entrada do colégio e outro na entrada da sala de aula. Após a identificação ser realizada, é obtida uma conexão serial com um servidor que tem como funcionalidade manipular e ligar a tag da criança com seu respectivo pai, obtendo assim as informações da mesma. Depois de realizada a manipulação dos dados, isso é inserido num Banco de Dados, para que possa ser visualizado posteriormente pelo aplicativo Android. As notificações apresentadas pelo aplicativo, são controladas pelo servidor da Azure, que é hospedado na nuvem, externo de todos os outros, que tem como objetivo realizar a verificação, a cada minuto, dos horários máximos, e assim quando houver 6

8 algum horário ultrapassado do definido, alertar um servidor da Microsoft que irá realizar o envio da notificação para o aplicativo. A figura 2 representa uma visão do protótipo dos sensores interligados com o micro controlador. Figura 1 -Demonstrativo da lista Figura 2 - Protótipo do Hardware 7

9 3.1 ANÁLISE DE REQUISITOS Para utilização dos serviços de notificação Android, foi utilizado um portal de gerenciamento da Microsoft chamado Azure. Com ele pode-se realizar tarefas como criação de banco de dados, e os hubs necessários para que a notificação fosse destinada corretamente para o ID Google do aplicativo. A versão disponibilizada pelo próprio Google fornece o mesmo tipo de serviço com algumas ferramentas mais limitadas. Todos os dados foram apresentados corretamente, tendo apenas alguns problemas nas notificações pelo fato da internet instável. A criança não necessita de nenhum tipo de treinamento nos colégios, pois é ela estar realizando o contato com o sensor, os pais necessitam apenas do seu ID para a consulta no aplicativo, tornando o aplicativo simples de ser utilizado. 3.2 RESTRIÇÕES O produto final em desenvolvimento tem como foco um custo máximo de R$500,00 para sua instalação, conforme a tabela de custos, tendo um custo adicional mensal de em média R$20,00 para o servidor Azure. Tendo em visão que com as melhorias para a implementação do mesmo, pode-se ter um custo bem mais elevado chegando a cerca de R$ 1.500,00, conforme tabela de custos da figura 4. O produto final deve ser implementado, principalmente na entrada de cada colégio, pois é aonde a antena poderá captar a passagem das crianças. O sistema de interface do Android não possuiu nenhum custo, apenas é necessário que o usuário tenha um celular ou um tablet com o sistema operacional compatível, ou seja, um android com versão acima do 3.5. Podendo assim realizar a instalação do mesmo. Tabela 1: Tabela de custos Componente Custo Componente Custo Azure Portal R$ 20,00/Mês Azure Portal R$ 20,00/Mês Antenas passivas R$ 50,00 Antenas passivas R$ 1.000,00 Stellaris Mc R$ 250,00 Stellaris Mc R$ 250,00 Mão de Obra R$ 200,00 Mão de Obra R$ 200,00 8

10 3.3 DESCRIÇÃO DAS PARTES COMPONENTES E INTERFACEAMENTO ENTRE SISTEMAS O sistema de identificação do colégio é composto por dois sensores RFID que são ligados respectivamente a dois MICROCONTROLADORES Stellaris, que realizam a leitura das tag s e através da comunicação USB enviam as informações da criança identificada para o servidor do colégio. O servidor implantado no colégio é responsável pela manipulação dos dados, tendo como objetivo final inserir no banco de dados, o horário que a criança realizou o contato com o sensor, em conjunto com seu nome e o pai responsável. A interface Android é responsável por consumir os dados desse banco de dados, da forma que o aplicativo faz uma comunicação com outro servidor que está na nuvem, buscando todos os dados do pai identificado. Os dados são retornados com todos os filhos daquele respectivo pai, fazendo com que ele possa estar acompanhando cada horário de cada dia do seu filho. Por último foi desenvolvido um servidor na plataforma Azure que tem como objetivo a verificação dos horários máximos, que foram definidos pelo pai da criança no aplicativo. E assim, podendo enviar as notificações para o mesmo. 4 DESENVOLVIMENTO 4.1 HARDWARE As entradas e saídas de alunos são computadas por um único tipo de circuito composto por uma antena passiva de RFID (MFRC522) interligado com o micro controlador da marca Stellaris (Lm4f120). O circuito é basicamente formado por seis pinos de conexão sendo eles: Dois pinos configurados no MICROCONTROLADOR para comunicação dos sensores; Um para alimentação; Um para o terra; E dois pinos padrão que foram ligados conforme o DataSheet 9

11 Por fim, os MICROCONTROLADORES são alimentadas via USB para que também fosse realizada a comunicação serial com o servidor desenvolvido. 4.2 SOFTWARE O desenvolvimento foi dividido em várias camadas, sendo elas representadas por três servidores, dois banco de dados, e o aplicativo Android. O sistema de identificação presente no colégio é representado por um servidor desenvolvido em Java utilizando a IDE do Eclipse, onde tem como objetivo realizar a conexão com as portas seriais conectadas, e esperar pela entrada de dados do sistema de identificação. Essa espera de dados foi desenvolvida com duas threads, cada uma representando um sensor, tendo como funcionalidade após identificada a tag no sensor, receber o id, e com ele verificar qual criança estava sendo tratada, atualizando assim os dados em dois bancos diferentes, um criado usando a conexão local e outro uma ferramenta web da Microsoft chamada AzurePortal. Como podemos analisar na figura 3. Figura 3 - Demonstrativo do sistema implantado no colégio. Para o desenvolvimento do aplicativo, foi utilizado a IDE do Android Utils com a linguagem Java. O aplicativo tem como função demonstrar todas as informações que 10

12 eram gravadas no Banco de dados local tais como, todos os filhos para o Id logado no sistema, lista de todos os dias para o filho selecionado com suas respectivas entradas e saídas, e também a opção de definir horários máximos para seus filhos. As ações para consumir os dados eram feitas através da tecnologia Spring, onde tem como objetivo com uma cadeia de caracteres e o IP do servidor a ser acessado, pode-se acessar um método específico dentro do servidor. O servidor desenvolvimento na IDE do SpringUtils, também utilizando a linguagem Java, tinha como objetivo atender as requisições solicitadas pelo aplicativo. Como consultas e alterações nos dois banco de dados. Para entendimento ilustração na figura 4. Figura 4 - Demonstrativo da interface do usuário. As notificações apresentadas na interface eram tratadas numa conexão em triângulo, onde pode ser observada na imagem 5. O controle de notificações é constituído pela API do google chamada GCM (Google Cloud Messaging), onde com a chave obtida é configurado no AzurePortal um hub de notificações passando a chave GCM. Para completar foi desenvolvido um programa utilizando a linguagem de C# na IDE do VisualStudio, que tinha como função realizar a verificação dos horários de entrada máxima, como também os de saída máxima. Quando verificado que o horário atual ja é maior que o definido, é então enviado a notificação para o usuário. 11

13 Figura 5 - Demonstrativo das Notificações 5 TESTES DE EXATIDÃO Foi identificado um bom desempenho do conjunto, tanto como em seu funcionamento, como em sua comunicação. Com uma conexão estável de internet, sempre foi possível realizar a identificação da criança e realizar a consulta na interface do aplicativo. Foram realizados alguns testes com o protótipo finalizado, onde foram identificados alguns problemas com conexão, limitações e implementações. 5.1 Exatidões nos sensores Foram realizadas 30 medições individuais para cada sensor. As medições foram realizadas iniciando com a tag colada ao sensor RFID, após a primeira leitura, começava-se a afastar a tag do sensor até que fosse realizada a ultima leitura, após sua ultima leitura foi medido cada distância obtida. Com esse método foi analisado que a distância máxima da leitura seria em torno de 12 cm, sem nenhum obstáculo obstruindo o sensor, sendo assim um valor médio para captação do sinal seria em torno de 10 cm. Pode-se analisar no gráfico de medidas apresentado a baixo (Figura 6) que o sensor representado pela sala de aula, apresentava uma maior variação nas medidas 12

14 realizadas. Figura 6 Testes dos sensores 6 RESULTADOS E CONCLUSÃO Com o desenvolvimento do protótipo, foram identificadas possíveis melhorias e também alguns problemas com as tecnologias utilizadas. Os problemas identificados serão citados abaixo mais detalhadamente., 6.1 Notificações Foram apresentados problemas no envio de notificações do GCM para o aplicativo android quando a mensagem ultrapassava um total de 50 caracteres. As notificações deveriam ser entregues quando uma criança estaria atrasada em relação com o horário cadastrado pelos pais. Quando o problema ocorria a mensagem não era entregue para o aplicativo, mas também não era apresentado nenhum log de erro em nenhum servidor. 13

15 6.2 Conexão Quando o ambiente apresentava uma internet lenta ou instável, acabavam acontecendo alguns TimeOuts na conexão com o BD do AzurePortal. Outro problema em relação ao AzurePortal, era quando alguma conexão apresentava um IP fora do range permitido pelo Azure. O mesmo possui um firewall interno para seus bancos, onde Ip s precisam ser definidos como seguros para que possam estar realizando a conexão com o banco de dados. 6.3 Horários Máximos No desenvolvimento da atualização dos dados dos dados no Banco, quando utilizado o TimePicker do android, ele disponibiliza apenas um range de horário de 00:00 até 11:59, sendo assim eles A.M e P.M. Sendo assim obtive problemas na verificação das notificações quando o horário atual era maior que 01:00 P.M. 14

16 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUTUROS O protótipo final tem como aplicação os colégios que querem garantir alguma segurança adicional para os seus estudantes, beneficiando ao colégio e a confiabilidade dos pais. A partir dos dados obtidos com os testes pode-se observar que determinadas limitações, não previstas, exigiram alterações no decorrer do projeto, tornando assim um projeto com uma visão para continuidades. O projeto apresenta possibilidade de várias mudanças em seu método de identificação da criança, como por exemplo, a implementação da antena ativa do módulo RFID, fazendo com que não seja preciso qualquer tipo de contato da criança com o leitor. Podendo também ter uma visão voltada para o aplicativo, como disponibilização dos servidores na nuvem, design da interface entre outras funcionalidades para conforto dos pais. A modificação da comunicação dos sensores com o servidor do colégio, poderia ter sido realizada de muitas outras maneiras, a serial utilizada não seria muito eficaz numa implementação, por depender de cabos e a distância ser muito longa. Podendo assim ser facilmente substituída por meio Wireless. 15

17 8 BIBLIOGRAFIA DALANE SANTOS, Hype Science. Disponível em: < >. Acesso em 6 de dezembro de 2015 Zoe Mob TWT Digital Ltda. Disponível em: < Acesso em 6 de dezembro de