CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Pró-Reitoria Acadêmica Setor de Pesquisa

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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Sistemas de Informação Joinville Curso (s) : BACHARELADO EM INFORMÁTICA SISTEMAS DE INFORMAÇÃO Nome do projeto: PROGRAMAÇÃO DE DISPOSITIVOS CONECTADOS A INTERNET (INTERNET OF THINGS) Nome do professor orientador: GLAUCO VINICIUS SCHEFFEL Nome do professor co-orientador: DIOGO VINICIUS WINCK Nome do coordenador(a) do Curso: Maurício Henning Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../2015 Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica PIBIC, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPQ, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Joinville, 14 de maio de 2015 Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2

3 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Título do Projeto: Tipo de Projeto ( 12 meses ) Tecnologias para o desenvolvimento de dispositivos controlados via Internet. (X) Apresentado pelo professor; Resumo do Projeto Internet das Coisas, Internet of Things (IoT) no original em Inglês, é o termo usado para definir dispositivos físicos ou virtuais conectados à Internet (BAHGA; MADISETTI, 2014). A Cisco Systems constatou que, em abril de 2014, existiam 12.1 bilhões de dispositivos integrados à Internet, e ela acredita que, em 2020, deverão existir aproximadamente 50 bilhões de dispositivos (GREENGARD,2015). O objetivo deste projeto é determinar os conhecimentos necessários para a programação de dispositivos conectados à Internet, de forma a construir os conteúdos necessários ao ensino de Internet das Coisas no curso de Sistemas de Informação na Católica de Santa Catarina e em outras instituições de ensino. A execução do projeto permitirá controlar um brinquedo por meio da Internet. Para compor o brinquedo, serão usados componentes eletrônicos de mercado, que permitam o controle de motores e sensores pela Internet. Os comandos poderão ser enviados usando celulares, tablets ou computadores, validando os conhecimentos de programação. Por último, serão detalhadas as tecnologias recomendadas para o desenvolvimento de dispositivos conectados à Internet. Problematizacão A Católica de SC possui experiência em desenvolvimento de robôs autônomos, prototipados e impressos com tecnologia 3d e plataforma Arduino (ROBOCORE, 2014). No entanto, ainda não foram desenvolvidos e praticados conhecimentos para controle de dispositivos através da Internet, usando técnicas aplicadas na Internet das Coisas. Diante disso, formulou-se a seguinte questão de pesquisa: Quais tecnologias deverão ser usadas para o desenvolvimento de dispositivos controlados via Internet? Justificativa Joinville, chamada de Manchester Catarinense, devido à força e à diversidade da sua indústria está localizada em uma das regiões que mais crescem no Brasil. Ela possui uma atividade industrial muito desenvolvida e atraiu, ao longo dos últimos anos, inúmeros investimentos (EXAME, 2015). 3

4 Estimativas da Accenture (2015) apontam que a Internet das Coisas pode adicionar alguns trilhões de dólares à economia mundial dos países preparados. Esse relatório recomenda que as regiões atuem e reforcem seus pontos fortes através do uso da Internet das Coisas. Para Joinville, manter seu ritmo e usufruir os possíveis benefícios da Internet das Coisas, é necessário considerar que o uso da nova tecnologia irá criar novas oportunidades, mas também irá trazer novos desafios para as empresas. Isso gera a necessidade de aprendizado sobre como lidar com a Internet das Coisas (GARTNER 2015). O desenvolvimento do protótipo é relevante, uma vez que irá tornar realidade o uso da Internet das Coisas no curso de Sistemas de Informação da Católica de SC que poderá gerar conhecimento a ser difundido e aplicado nas indústrias da região. Objetivo Geral: Determinar quais tecnologias podem ser usadas para o desenvolvimento de dispositivos controlados via Internet. Objetivos específicos Para atingir o objetivo geral, foram formulados os seguintes objetivos específicos: 1) Discriminar as novas tecnologias relacionadas à Internet das Coisas; 2) Levantar alternativas para desenvolvimento de dispositivos; 3) Comparar as novas tecnologias para montagem de dispositivos conectados à Internet; 4) Delimitar conhecimentos necessários para programação de dispositivos; 5) Construir um brinquedo controlável pela Internet; 6) Programar uma interface para acesso ao brinquedo pela Internet usando OpenIoT; 7) Controlar o brinquedo pela Internet; 8) Validar as novas tecnologias através do brinquedo construído e programado. Metodologia Para alcançar o objetivo proposto neste projeto a metodologia consiste em um primeiro momento de uma pesquisa bibliográfica a partir do levantamento de referências teóricas publicadas por meios escritos e eletrônicos usando: a) livros, b) artigos científicos, c) por último quando não houver mais alternativas serão usadas páginas de web sites. As referências teóricas levantadas e consideradas 4

5 importantes possuem caráter exploratório, ou seja, trazem a luz novo conhecimento sobre o assunto fortalecendo assim a fundamentação e um desenvolvimento criterioso. A fundamentação do projeto abordará: Internet das Coisas, Padrão FP ou OpenIoT (ZARCO, PRIPUŽIĆ; 2015), W3C Semantic Sensor Networks ou simplesmente SSN (ZARCO, PRIPUŽIĆ; 2015), Sensores, Arduino, Programação para Internet das Coisas e por último integração da plataforma Arduino a Internet e seu uso como base de ensino e uma comparação com os conhecimentos e conteúdos atuais do curso de Sistemas de Informação da Católica de SC. No segundo momento para validar os conceitos e entender os entregáveis de um Produto Mínimo Viável (RIES 2011) criando uma solução concreta através de uma pesquisa aplicada. Nesse momento o projeto focará na criação de um brinquedo controlável pela Internet validando o conhecimento adquirido e acima de tudo as tecnologias e padrões. Para este segundo momento tornar-se concreto, serão adotados conhecimentos existentes na instituição e no curso como Programação, Programação Web, Análise de Requisitos, Análise UML e Padrões de Projeto. Esse momento ainda permitirá o aprendizado sobre Internet das Coisas envolvendo robôs e sensores e novas tecnologias. Para criação do brinquedo foi definida uma plataforma controlável formada por um carro robótico constituído de um chassi pronto de mercado denominado Robô Sumô para Arduino, que será usado para movimentação do brinquedo e sensoriamento do ambiente, o chassi é composto por: Micro motor com caixa de redução 75:1 HP; Matriz de seis sensores infravermelhos; Dual Driver DRV8835 que poderá prover corrente suficiente para os 2 motores; Buzzer para tocar alarmes e músicas; Chip integrado com acelerômetro de 3 eixos e magnemômetro de 3 eixos; Chip integrado com giroscópio de 3 eixos para mensurar rotação; Compatibilidade com Arduino Uno; Dimensões: 98 x 98 x 39mm A plataforma de controle do brinquedo, o cérebro, será composto por uma placa Arduino Uno e terá por responsabilidade controlar os motores do chassi e agirá em resposta as entradas fornecidas pelos 5

6 sensores (BENTES, 2011). Adicionalmente o brinquedo receberá a capacidade de conectar-se a internet através de uma placa Wifi Shield V2.0 para Arduino LinkSprite Cuhead com conectividade Wi-Fi b certificada e taxa de transferência de 1Mbps e 2Mbps com suporte para infra-estrutura (BSS) e ad hoc (IBSS) em redes wireless e segurança WEP (64-bit e 128-bit) ou WPA/WPA2 (TKIP e AES) PSK. A programação será realizada usando as linguagens C, C++ ou Java conforme adequado e apropriado para o momento do projeto. Através da programação o brinquedo receberá comandos entrados por um dispositivos conectado a internet como um celular, tablet ou computador. A partir dos comandos o brinquedo poderá andar para frente ou para trás ou girar no eixo para direita/esquerda recebendo comandos através do Wifi Shield. O projeto não trata-se de um produto comercial, e sim da criação de um protótipo funcional que apoie o levantamento de conhecimentos necessários e aplicação dos conhecimentos adquiridos durante a pesquisa bibliográfica para uma evolução possível do curso de Sistemas de Informação e aproxime o curso das novas tecnologias adotadas no desenvolvimento de equipamentos para Internet das Coisas. Fundamentação teórica Internet das coisas A literatura esta recheada de exemplos de coisas 1 (things em inglês) que podem receber ou enviar dados através da Internet e possuem embutidos em si capacidade computacional. A Internet das Coisas estará em alguns anos presente fisicamente em diversos ambientes como casas, carros, eletrodomésticos, roupas e em diversos outros itens do nosso cotidiano (MCEWEN; HAKIM, 2013). O baixo preço de dispositivos computacionais e a quase onipresença da Internet podem gerar ganhos econômicos de US$10.6 trilhões até 2030 para aproximadamente 20 nações entre elas o Brasil (ACCENTURE 2015). Sensores 1 O termo apesar de parecer inapropriado é adotado pela indústria, mercado e literatura para indicar objetos capazes de perceber o ambiente ou interagir com ele através de comunicação através da Internet. 6

7 Sensores são componentes elétricos que funcionam como dispositivo de entrada, ou seja, eles recebem e medem estímulos externos ao sistema (hardware e software) e convertem para dados que podem ser interpretados e usados (KARVINEN 2014). Arduino O Arduino é uma plataforma micro controlada que pode ser usada para controlar sensores e motores (MONK 2012). Um micro controlador abreviado como MCU (do original em inglês Microcontroller Unit) é um computador pequeno integrado em único circuito contendo um processador, alguma memória, entradas e saídas. Sendo que a maioria dos MCU usados atualmente estão embutidos em máquinas e dispositivos (automóveis, telefones, equipamentos domésticos entre outros). Os micro controladores mais populares são Parallax Propeller, Basic Stamp, Picaxe, Processadores ARM, Atmel usado pelo Arduino (DOUKAS 2012). Para trabalhar com o Arduino é necessário possuir a placa Arduino, o projeto usa a placa apresentada na Figura 1 - Placa Arduino Uno, e hardwares externos como extensões (incluindo shields, sensores, motores) para programação recomenda-se o uso do Ambiente Integrado de Desenvolvimento Arduino, ou em inglês Arduino Integrade Development Environment (BLUM 2013). Dentro da placa Arduino fica localizado o micro controlador responsável por armazenar e executar o código compilado o código pode ser desenvolvido no Arduino IDE, visto em Figura 2 - IDE, e carregado facilmente via entrada USB (NORRIS 2015). Os Shields são pontos de extensão ao Arduino que podem ser empilhados para adicionar novas capacidades alguns exemplos são: GSM, Ethernet, Wifi, Wirelles SD, Motor entre outros (NIVER 2014). Um exemplo, pode ser visto na Figura 3 - Wifi shield. Figura 1 - Placa Arduino Uno 7

8 Fonte: Blum (2013) Figura 2 - IDE Fonte: Cópia de tela usada no desenvolvimento realizada pelo autor. Figura 3 - Wifi shield 8

9 Fonte: <http://goo.gl/mrr5xj> OpenIoT O padrão OpenIot propõe uma infra-estrutura e padrão para configuração de algoritmos capazes de filtrar dados enviados por sensores e de enviar dados para objetos (coisas), ou seja, pode gerar ou receber eventos conforme código relacionado ao padrão disponível em <https://github.com/openiotorg/openiot> (ZARCO, PRIPUŽIĆ; 2014). O padrão OpenIoT é pertinente a um vasto conjunto de áreas relacionadas a Internet das Coisas como: Middleware para sensores; Ontologias e modelos semânticos; Representação de objetos conectados; Cloud Computing; 9

10 Texto limitado em até 05 páginas 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e Término Semanas e meses meses Discriminar a teoria relacionada à Internet das Coisas Levantamento Pesquisa 1 a semana 8 a semana Levantar alternativas para desenvolvimento de dispositivos Levantamento Pesquisa 8 a semana 10 a semana Comparar tecnologias para montagem de dispositivos conectados à Internet Levantamento Pesquisa 10 a semana 12 a semana Delimitar conhecimentos necessários para programação de dispositivos Levantamento Pesquisa 12 a semana 16 a semana Construir um brinquedo controlável pela Internet Desenvolvimento Impressão 3d 16 a semana 20 a semana Programar uma interface para acesso ao brinquedo pela Internet usando OpenIoT Desenvolvimento Codificação 20 a semana 28 a semana Controlar o brinquedo pela Internet Desenvolvimento Codificação 28 a semana 38 a semana Validar as tecnologias através do brinquedo construído e programado Validar as tecnologias através do brinquedo construído e programado Testes Documentação e Ajustes Testes 38 a semana 42 a semana Funcionais Documentação 42 a semana 48 a semana 4. REFERÊNCIAS 10

11 ACCENTURE. Winning with the Industrial Internet of Things, <http://goo.gl/lyih37>, Acesso em 28 abr., BAHGA, Arshdeep, E VIJAY Madisetti. Internet of things: a hands-on approach. Vpt, DOUKAS, Charalampos. Building Internet of Things with the Arduino (Volume 1). CreateSpace Independent Publishing Platform, EXAME. A força das cidades médias. Disponível em: <http://goo.gl/ohheu4>. Acesso em: 28 abr., GARTNER. Mass Adoption of the Internet of Things Will Create New Opportunities and Challenges for Enterprises. Disponível em: <http://goo.gl/sjjf22>, Acesso em 28 de abr., GREENGARD, Samuel. The internet of things. MIT Press, KARVINEN, Kimmo. Getting Started with Sensors: Measure the World with Electronics, Arduino, and Raspberry Pi. Maker Media, 2014.\\ RIES, ERIK. The Lean Startup: How Today's Entrepreneurs Use Continuous Innovation to Create Radically Successful Businesses. Crown Business, MONK, Simon. Programming Arduino: Getting Started With Sketches. TAB, NIVER, Heather Moore. Getting to Know Arduino. The Rosen Publishing Group, SCHWARTZ, Marco. Internet of Things with the Arduino Yún. Packt, WADSWORTH, Yoland. Do it yourself social research. Left Coast Press, YAN-LIN, Li Lu-Yi1 Zheng. The Application of the Internet of Things in Education. Modern Educational Technology, v. 2, p. 005, ZARKO, Ivana Podnar; PRIPUŽIĆ, Krešimir; SERRANO, Martin (Ed.). Interoperability and Open-Source Solutions for the Internet of Things: International Workshop, FP7 OpenIoT Project, Held in Conjunction with SoftCOM 2014, Split, Croatia, September 18, 2014, Invited Papers. Springer, RESUMO DO ORÇAMENTO: 11

12 FERJ Contrapartida (quando houver parcerias) Total R$ Elementos de Despesa Quantidade Preço Unitário R$ Quantidade Preço Unitário R$ Participação em eventos 2 Passagens e Despesa de Locomoção. Material de Consumo ( descrever todos os itens ex: Papel A4, disquetes,etc..) Aquisição de Livros * Cópias monocromáticas, fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro. Equipamentos e Material Robô Sumô R$ 499,90 R$ 854,60 Permanente ** para Arduino (http://goo.gl/hl q0yf) Wifi Shield V2.0 para Arduino LinkSprite Cuhead R$ 249,90 8TCV 2 Deverá estar justificada a despesa na Metodologia do projeto e aprovada pela Coordenação do PROINPES 12

13 Arduino Uno R$ 59,90 R3 + Cabo USB hnno4 Outros ( Descrever conforme padrão) Total do Projeto Módulo Bluetooth RS232 HC-0 saa0 R$ 44,90 * O valor não poderá exceder a 15 % do valor total solicitado para a execução do projeto. ** O valor solicitado deverá respeitar os critérios dispostos no Edital. 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) (Especificar o período em que os elementos de despesas serão solicitados) Objetivo Específico Levantamento Elementos de despesas Robô Sumô para Arduino (http://goo.gl/ hlq0yf) Wifi Shield V2.0 para Arduino LinkSprite Cuhead Valor Momento da solicitação R$ 499,90 Início do projeto R$ 249,90 Início do projeto 13

14 H8TCV Arduino Uno R3 + Cabo USB ThNNo4 R$ 59,90 Início do projeto Módulo Bluetooth RS232 HC-0 qsaa0 R$ 44,90 Início do projeto CONTRAPARTIDA (quando houver parcerias) Objetivo Específico Elementos de despesas 14

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