UNIVERSIDADE VILA VELHA FERNANDO PADRÃO SILVEIRA URIEL MURILLO LIPPAUS PIRES GONÇALVES

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1 UNIVERSIDADE VILA VELHA FERNANDO PADRÃO SILVEIRA URIEL MURILLO LIPPAUS PIRES GONÇALVES Bluerocon Controle de dispositivos externos via aplicação mobile VILA VELHA, ES 2011

2 FERNANDO PADRÃO SILVEIRA URIEL MURILLO LIPPAUS PIRES GONÇALVES Bluerocon Controle de dispositivos externos via aplicação mobile Trabalho de conclusão de curso de Ciência da Computação da Universidade Vila Velha, como parte dos requisitos para a conclusão do curso. Orientador: Marcello Novaes de Amorim. VILA VELHA, ES 2011

3 FERNANDO PADRÃO SILVEIRA URIEL MURILLO LIPPAUS PIRES GONÇALVES Bluerocon Controle de dispositivos externos via aplicação mobile BANCA EXAMINADORA Prof. Msc. Marcello Novaes de Amorim Universidade Vila Velha Orientador Prof. Msc Alessandro Bertolani Oliveira Universidade Vila Velha Prof. Msc d e i e g e i Universidade Vila Velha Trabalho de Conclusão de Curso aprovado em 12/12/2011

4 Eu, Fe d d ã Silveira, e Uriel Murillo Lippaus Pires Gonçalves, autorizo que a UVV, sem ônus, promova a publicação de nossa monografia em página própria na Internet ou outro meio de divulgação de b h cie ífic. Data: _12_/_12_/_2011_, Assinaturas

5 AGRADECIMENTOS Aos nossos pais, que sempre incentivaram nosso trabalho, apoiando e avisando que já tinha passado da hora de comer algo. Aos nossos amigos, que apesar de todo esforço para nos desanimar, conseguiram nos incentivar ainda mais. A nosso orientador Marcello Novaes de Amorim pela ajuda, dedicação e compreensão.

6 Se a Teoria da Relatividade se mostrar correta, os alemães me chamarão de alemão, os suíços dirão que sou suíço e a França me rotulará de grande cientista; se estiver errada, os franceses dirão que sou suíço, os suíços me chamarão de alemão e os alemães me acusarão de judeu. Albert Einstein Se a culpa é minha, eu a coloco em quem eu quiser. Homer J. Simpson

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Arquitetura do sistema operacional Android (Google, 2011) Figura 2 - Bloco de controle e seus sensores e motores (LEGO, 2011) Figura 3 - Ambiente de desenvolvimento NXT-G (LEGO, 2011) Figura 4 - Montagem padrão do robô logo NXT (LEGO, 2011) Figura 5 - Diagrama de caso de usos Figura 6 - Tela de pareamento Figura 7 - Tela de registro de componentes Figura 8 - Tela de comandos Figura 9 - Etapas do processo de análise orientada a objetos [Fábrica acadêmica de software da UVV] Figura 10 - Diagrama de Classes Figura 11 - Diagrama de sequência Conectar Figura 12 - Diagrama de estado da variável 'bluetooth'... 47

8 LISTA DE SIGLAS UML Unified Modeling Language Anatel Agência Nacional de Telecomunicações TV Televisão DVD Digital Versatile Disc (Disco Digital Versátil) SDK Software Development Kit API Application Programming Interface (Interface de Programação de Aplicativos) SMS Short Message Service (Serviço de mensagens curtas) FTP File Transfer Protocol (Protocolo de Transferência de Arquivos) WLAN Wireless Local Area Network PANs Personal Area Network mw - Miliwatt m - Metro GHz Gigahertz ISM Banda industrial científica e médica XMPP Extensible Messaging and Presence Protocol VOIP Voice over Internet Protocol GNU GNU is Not Unix RDBMS Relational database management system SQL Structured Query Language BSD Berkeley Software Distribution

9 SUMÁRIO RESUMO INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVO CONCEITOS CONCEITOS DO PARADIGMA ORIENTADO A OBJETO UML (Unified Modeling Language) DIAGRAMA DE CASOS DE USO DIAGRAMA DE CLASSES TÉCNICAS DE LEVANTAMENTO DE REQUISITOS PROPOSTAS TECNOLÓGICAS SISTEMA OPERACIONAL ANDROID DEFINIÇÃO HISTÓRICO VERSÕES Versões Beta, 1.0 e Versão 1.5 (Cupcake) Versão 1.6 (Donut) Versão 2.0/2.1 (Eclair) Versão 2.2 (FroYo - abreviação de Frozen Yogurt) Versão 2.3 (Gingerbread) Versões 3.0, 3.1, 3.2 (Honeycomb) ARQUITETURA KERNEL DO LINUX BIBLIOTECAS ANDROID RUNTIME FRAMEWORK DE APLICAÇÕES APLICAÇÕES BLUETOOTH... 27

10 3.3. ROBÔ LEGO NXT LEVANTAMENTO DE REQUISITOS DESCRIÇÃO DO MINI-MUNDO REQUISITOS FUNCIONAIS E NÃO FUNCIONAIS DIAGRAMAS DE CASOS DE USO DESCRIÇÃO DOS ATORES DESCRIÇÃO DOS CASOS DE USO CASO DE USO PAREAR DISPOSITIVO CASO DE USO REGISTRAR COMPONENTE CASO DE USO ENVIAR COMANDO DE AÇÃO CASO DE USO RECUPERAR INFORMAÇÃO ANÁLISE DO SISTEMA DIAGRAMA DE CLASSES DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA PAREAR DISPOSITIVOS DIAGRAMA DE ESTADO ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO TECNOLOGIAS UTILIZADAS AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO ECLIPSE SDK ANDROID ARQUITETURA DO SISTEMA PADRÕES DE INTERFACE CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA... 51

11 RESUMO O trabalho aborda o desenvolvimento de um projeto de comunicação bidirecional entre um dispositivo mobile (celular) e um robô lego NXT, implementado por meio da comunicação sem fio, através da tecnologia Bluetooth. Desta forma, o celular com sistema operacional Android enviará um sinal de controle para o robô lego NXT com a função desejada, através da interface de comunicação sem fio Bluetooth, que será tratado e executado pelo mesmo. Palavras chaves: Android, Controle de dispositivos, LEGO NXT, Bluetooth. 11

12 1. INTRODUÇÃO O crescimento do mercado de dispositivos móveis, seguido da atual ascensão econômica do país, vem possibilitando que diferentes classes sociais possuam aparelhos com diversas tecnologias. Segundo (Medina, 2011), a Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) registrou no mercado de telefonia móvel do país a marca de 250,5 milhões de linhas ativas no mês de abril de As tecnologias dos dispositivos móveis são várias, envolvendo diversas funções. Na área de comunicação entre dispositivos, por exemplo, o protocolo Bluetooth atualmente se destaca, enquanto que na área de plataforma de sistema operacional, o sistema Android vem ganhando maior destaque por se tratar de um sistema livre e com código aberto, sendo usado em diversos dispositivos móveis do mercado MOTIVAÇÃO Este projeto foi criado com o intuito de aprofundar o conhecimento sobre a utilização de uma nova tecnologia Android e sobre a interação e integração de dispositivos externos por meio sem fio, através da tecnologia Bluetooth JUSTIFICATIVA Este projeto se justifica por mostrar apenas umas das diversas utilidades que as tecnologias Android e Bluetooth podem oferecer. Também por mostrar que, com apenas um aparelho celular que possua os recursos necessários, é possível a comunicação com outros dispositivos possuidores da tecnologia 12

13 Bluetooth. A partir disso, poderíamos eliminar diversos controles que são utilizados no dia-a-dia para acionar o alarme da casa, do carro, do escritório ou até mesmo os controles remotos da TV e do DVD OBJETIVO O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de controle de dispositivos externos na plataforma Android, utilizando a tecnologia Bluetooth como meio de comunicação. O projeto consiste em um sistema de software que enviará comandos e receberá informações do robô lego NXT, permitindo ao usuário controlá-lo em tempo real. 13

14 2. CONCEITOS Este capítulo abordará assuntos relevantes para a elaboração do projeto. Assuntos esses que darão maior compreensão e embasamento teórico para os métodos e princípios abordados CONCEITOS DO PARADIGMA ORIENTADO A OBJETO O paradigma da orientação a objetos visualiza um Sistema de Software como uma coleção de agentes interconectados chamados objetos. Cada objeto é responsável por realizar tarefas específicas. É através da interação entre objetos que uma tarefa computacional é realizada (Bezerra, 2007). Normalmente, esta é uma maneira mais natural para descrever sistemas, já que os objetos em geral bastante estáveis. Alterações que por ventura venham a ocorrer, na maioria dos casos, afetam um ou alguns poucos objetos. Eduard Yourdon (Yourdon, 1994) dá um bom resumo do que pode ser considerado um produto orientado a objeto : um sistema construído usando um método orientado a objetos é aquele cujos componentes são partes encapsuladas de dados e funções, que podem herdar atributos e comportamento de outros componentes da mesma natureza, e cujos componentes comunicam-se entre si por meio de mensagens.. Métodos orientados a objetos utilizam uma perspectiva mais humana de observação da realidade, incluindo objetos, classificação e compreensão hierárquica. São benefícios esperados com o uso da orientação a objetos: Capacidade de enfrentar novos domínios de aplicação; Melhoria da interação entre analistas e especialistas; Aumento da consistência interna dos resultados da análise; 14

15 Uso de uma representação básica consistente para a análise e projeto; Alterabilidade, legibilidade e extensibilidade; Possibilidade de ciclos de desenvolvimento variados; Apoio à reutilização UML (Unified Modeling Language) Segundo (Booch & Rumbaugh, 2000) a UML é uma linguagem padrão para a elaboração da estrutura de projetos de software e pode ser empregada para a visualização, a especificação, a construção e a documentação de artefatos que façam uso de sistemas complexos de software. A UML é considerada uma linguagem de modelagem visual, ou seja, é um conjunto de notações e semântica correspondente com o intuito de representar visualmente uma ou mais perspectivas de um sistema (Bezerra, 2007). Essa linguagem é adequada para a modelagem de sistemas, cuja abrangência poderá incluir sistemas de informação corporativos a serem distribuídos a aplicações baseadas em Web e até sistemas complexos embutidos de tempo real. É uma linguagem muito expressiva, abrangendo todas as visões necessárias ao desenvolvimento e implantação desses sistemas [...] (Booch & Rumbaugh, 2000) DIAGRAMA DE CASOS DE USO Quando utilizamos a UML para modelar um sistema, um dos primeiros processos a ser realizado diz respeito à modelagem de casos de uso. Um diagrama de caso de uso representa a interação entre usuário e sistema, demonstrando alguma funcionalidade relativa a eles (Quatrini, 2001). Os diagramas de casos de uso são importantes para visualizar, especificar e 15

16 documentar o comportamento de um elemento dentro do sistema (Booch & Rumbaugh, 2000). Internamente, um caso de uso é uma sequência de ações que permeiam a execução completa de um comportamento esperado para o sistema. Este é o ponto de partida para todo o processo, por isso é necessário ter muito cuidado e não incluir detalhes excessivos. Um Diagrama de Caso de Uso deve ser simples, porém não pode ser incompleto ( (Booch & Rumbaugh, 2000); (Bezerra, 2007)). Este diagrama não deve prescrever sequências de execução, mas sim as ações que são executadas pelos atores; um ator está relacionado a um papel. No contexto do sistema, papel diz respeito à visão dada ao sistema (Bezerra, 2007). Por exemplo, em um projeto de desenvolvimento de sistemas, um membro da equipe de desenvolvimento pode exercer vários papéis distintos, como projetista de testes, projetista de banco de dados, revisor de código etc. Cada papel destaca funções diferentes específicas a ele. Isso deixa claro que a figura do ator não está relacionada de forma direta a uma pessoa. Segundo (Bezerra, 2007) um ator não precisa ser necessariamente humano. Um ator pode ser também um sistema externo que precisa de informações geradas em um sistema corrente. A notação utilizada para ilustrar os atores de um caso de uso é a figura de um boneco, com o nome do ator definido abaixo dessa figura (a partir da versão 2.0 da UML é obrigatório informar o nome do ator). Cada caso de uso é representado por uma elipse, o nome do caso de uso é posicionado abaixo ou dentro da elipse. Um relacionamento de comunicação é representado por um segmento de reta ligando ator e caso de uso ( (Bezerra, 2007); (Melo, 2004)). 16

17 DIAGRAMA DE CLASSES Um diagrama de classes mostra um conjunto de classes, interfaces e colaborações e seus relacionamentos. Os diagramas de classes são os mais encontrados em sistemas de modelagem orientados a objetos (Booch & Rumbaugh, 2000). Segundo (Bezerra, 2007), o diagrama de classes é utilizado desde o nível de análise até o nível de especificação do projeto. De todos os diagramas da UML, esse é o mais rico em termos de notação. O diagrama de classes demonstra a estrutura estática do software a ser construído, isto é, as classes, os relacionamentos (associações) entre suas instâncias (objetos), restrições e hierarquias. O diagrama é considerado estático, pois a estrutura descrita é sempre válida em qualquer ponto do ciclo da vida do sistema modelado TÉCNICAS DE LEVANTAMENTO DE REQUISITOS Algumas informações são difíceis de serem obtidas por meio de entrevistas ou observações. Tais informações revelam, tipicamente, um histórico da organização e sua direção. Nestes casos, devemos utilizar investigação, isto é, análise de documentos. Através de investigação, podemos obter mais facilmente informações, tais como tipos de documentos e problemas associados. 3. PROPOSTAS TECNOLÓGICAS Este projeto tem como proposta desenvolver um aplicativo em Java para uma tecnologia emergente no mercado de trabalho, o sistema operacional para 17

18 dispositivos móveis do grupo Google (Android), em conjunto com a tecnologia de comunicação sem fio (Bluetooth). A escolha das tecnologias envolvidas deve-se às limitações encontradas no dispositivo do caso de estudo, que apresenta apenas a tecnologia Bluetooth como meio de comunicação sem fio, e por tratar de tecnologias independentes do hardware (dispositivo móvel), dando maior portabilidade e confiabilidade para o aplicativo desenvolvido SISTEMA OPERACIONAL ANDROID DEFINIÇÃO O Android é uma Pilha de Softwares para dispositivos móveis, que inclui um sistema operacional, um middleware e um conjunto de aplicações chaves. Os desenvolvedores podem criar aplicações para a plataforma usando o SDK (software development kit) Android. As aplicações para essa plataforma são escritas usando a linguagem de programação Java e executam sobre o Dalvik (Google, 2011), uma máquina virtual customizada para dispositivos com restrições de recursos como: pouca capacidade computacional, baixa capacidade de armazenamento e baterias com baixo nível de energia HISTÓRICO Em 2005 a Google comprou a Android Inc., em novembro de 2007 foi formada a Open Handset Alliance com 65 membros, incluindo fabricantes de celulares, desenvolvedores de softwares, empresas de telefonia e fabricantes 18

19 de chips. O principal objetivo da Open Handset Alliance é criar padrões livres para dispositivos móveis, e assim, reduzir as despesas com softwares. Ainda em novembro de 2007 a Google, sob a Open Handset Alliance anunciou o Android OS. O primeiro produto disponibilizado sob a Aliança em 2008 foi o Android, um sistema operacional para dispositivos móveis. A Google, simultaneamente ao lançamento, disponibilizou ferramentas e tutoriais para auxiliar os desenvolvedores na nova plataforma. Os arquivos de Ajuda, o SDK e o Android OS são baseados em Java, sendo executados em um kernel Linux. O sistema é leve e com vários recursos. A Google também disponibiliza o Android Market para os aplicativos desenvolvidos. Em 22 de outubro de 2008 o Android Market foi apresentado aos usuários finais, tendo disponíveis aplicativos gratuitos e pagos. Em março de 2009 o Android Market tinha cerca de 2 mil aplicações. Em março de 2010 já havia cerca de 40 mil aplicações no Android Market VERSÕES Versões Beta, 1.0 e 1.1 Essas versões do Android não receberam nomes de doces. Os aparelhos a receberem a versão Beta do Android foram apenas aqueles produzidos pelos fabricantes para desenvolver o Android, não havendo nenhum aparelho com Android Beta disponível para o público. O Android 1.0 foi lançado com o T- Mobile G1, que recebeu as atualizações até o Android 1.6. A versão 1.1 foi liberada somente para o G1, que era o único aparelho a executar o Android na época. 19

20 Versão 1.5 (Cupcake) A versão 1.5 foi a primeira a estar em vários dispositivos. Os primeiros lançamentos foram o HTC Magic e o Samsung Galaxy. Entre as principais novidades estão: a capacidade de gravar vídeos com a câmera, os widgets - componentes de uma interface gráfica do usuário, o que inclui janelas, botões, menus, ícones, barras de rolagem -, a habilidade de copiar e colar texto e animações nas transições de tela. Versão 1.6 (Donut) Em setembro de 2009, é lançada a versão Donut, com melhorias na câmera e galeria, pesquisas (incluindo pesquisa por voz) e suporte a telas com resolução de até 480x800 pixels. Versão 2.0/2.1 (Eclair) Lançado em outubro de 2009, o Android 2.0 foi a primeira grande atualização do sistema. Em janeiro do ano seguinte, seria lançada a versão 2.1, que manteria o nome da bomba de chocolate. Os aparelhos mais significativos lançados com essa versão são o Motorola Droid (conhecido no Brasil como Milestone) e o Google Nexus One (o primeiro Googlephone, aparelho sem marca, com atualizações gerenciadas diretamente pela Google, e experiência Android pura, sem customizações de fabricantes). As maiores novidades nessa versão incluem mudanças significativas na câmera, melhor contraste na tela (antes, o sistema só suportava até 65 mil cores, mesmo com hardware melhor), mais resoluções suportadas, wallpapers animados e suporte a multi-touch. 20

21 Versão 2.2 (FroYo - abreviação de Frozen Yogurt) Em maio de 2010, chega a versão 2.2 do Android. O FroYo talvez seja a atualização mais importante do sistema até agora, com mudanças relevantes. As principais são: melhoria no desempenho geral do sistema, uso da mesma engine de JavaScript do Google Chrome no navegador, atualizações automáticas de aplicativos baixados pelo Android Market e suporte ao Adobe Flash, algo há muito requisitado pelos usuários. Também foi adicionada a capacidade de usar resoluções ultra-altas. Versão 2.3 (Gingerbread) Lançado oficialmente em dezembro de 2010 juntamente com o Nexus S, a versão mais recente do Android disponível inclui novidades como o suporte a NFC, sensores como giroscópio, VOIP, uma interface mais simplificada e minimalista, possibilidade de usar mais de uma câmera (inclusive câmeras frontais), capacidade para videochamadas (em aparelhos com câmera frontal), entre outros. Aparelhos como o Galaxy S, Nexus One e XPeria X10 estão recebendo a atualização para essa versão. Além do Nexus S, o XPeria Arc e o Galaxy SII são smartphones já lançados com esse sistema. Versões 3.0, 3.1, 3.2 (Honeycomb) Primeira versão do Android desenvolvida especificamente para tablets, o Honeycomb chegou em fevereiro desse ano (2011). O primeiro aparelho lançado com o sistema foi o Motorola Xoom. Para os próximos meses, são esperados com essa versão também o lançamento dos novos modelos do 21

22 Galaxy Tab e o Huawei MediaPad. As maiores novidades da versão dizem respeito a funções específicas ou otimizadas para tablets, como o navegador padrão com suporte a abas, duas barras, aceleração de vídeo por hardware e suporte a processadores com múltiplos núcleos ARQUITETURA O diagrama da Figura 1 mostra os principais componentes do sistema operacional Android. Figura 1 - Arquitetura do sistema operacional Android (Google, 2011) Nas seções seguintes, realiza-se uma explicação sobre os módulos da arquitetura Android. 22

23 KERNEL DO LINUX A arquitetura do Android é baseada no kernel do GNU/Linux. O kernel do sistema funciona como uma camada de abstração entre o hardware e o restante da Pilha de Softwares da plataforma. O kernel GNU/Linux já possui vários recursos necessários para a execução de aplicações, como gerenciamento de memória, gerenciamento de processos, pilha de protocolos de rede, módulo de segurança e vários módulos do núcleo de infraestrutura. Como o sistema operacional é conhecido, também facilita o surgimento de melhorias aos drivers já existentes BIBLIOTECAS O Android inclui um novo conjunto de bibliotecas C/C++ usados pelos vários componentes do sistema. As funcionalidades são expostas através do framework do Android. Algumas das bibliotecas do núcleo da arquitetura são listadas abaixo: Surface Manager: Controla e gerencia o acesso ao subsistema de display. Compõe transparentemente camadas gráficas 2D e 3D de múltiplas aplicações. 3D libraries: Uma implementação baseada na especificação do OpenGL 1.0. SGL: Biblioteca usa para compor gráficos 2D. 23

24 Media libraries: Essas bibliotecas suportam playback e gravação de muitos formatos de áudio e de vídeo, bem como imagens estáticas, incluindo MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG e PNG. FreeType: É uma biblioteca usada para renderizar fontes. SSL: Fornece encriptação de dados enviados pela Internet. SQLite: É uma biblioteca C que implementa um banco de dados SQL embutido. Programas que usam a biblioteca SQLite podem ter acesso a banco de dados SQL sem executar um processo RDBMS em separado. SQLite não é uma biblioteca de cliente usada para conectar com um servidor de banco de dados. SQLite é o servidor. A biblioteca SQLite lê e escreve diretamente para e do arquivo do banco de dados no disco. LibWebCore: Biblioteca base para o navegador do Android e visões da Web. System C Library: Uma implementação do libc derivada do BSD ANDROID RUNTIME Cada aplicação no Android roda no seu próprio processo, com a sua própria instância da Máquina Virtual Dalvik. Em outras palavras, um dispositivo executando Android pode instanciar múltiplas máquinas virtuais de maneira eficiente, e cada processo se executa a partir da sua própria máquina virtual. Dalvik executa classes compiladas por um compilador da linguagem Java. Os arquivos.class gerados são transformados no formato.dex pela ferramenta DX, incluída no SDK do Android. Esses arquivos.dex são executados pelo Dalvik (Google, 2011). 24

25 A máquina virtual Dalvik também usa o kernel do GNU/Linux para prover a funcionalidade de múltiplas threads e gerenciamento de memória de baixo nível. Uma das primeiras diferenças de Dalvik para a máquina virtual Java (JVM) diz respeito ao fato de que o Dalvik é baseado em registradores e a JVM é baseada em pilhas. A escolha da abordagem baseada em registradores traz um benefício em ambientes restritos, como telefones celulares. E uma análise mais aprofundada concluiu que máquinas virtuais baseadas em registradores executam mais rapidamente os programas do que máquinas baseadas em pilhas FRAMEWORK DE APLICAÇÕES Os desenvolvedores têm acesso completo à mesma API (Application Programming Interface) que é usada pelas aplicações core da plataforma. A arquitetura da aplicação foi projetada para simplificar o reuso dos componentes. Qualquer componente pode publicar suas capacidades e quaisquer outros componentes podem então fazer uso dessas capacidades, sujeito às restrições de segurança reforçadas pelo framework. Esse mesmo mecanismo permite que os componentes sejam substituídos por outros em tempo de desenvolvimento. O fundamento de todas as aplicações do framework é um conjunto de serviços e sistemas que inclui: Activity Manager (Gerenciador de atividade): gerencia o ciclo de vida das aplicações. Package Manager (Gerenciador de pacotes): mantém quais aplicações estão instaladas no dispositivo. Window Manager (Gerenciador de janelas): gerencia as janelas das aplicações. 25

26 Telephony Manager (Gerenciador de telefonia): componentes para acesso aos recursos de telefonia. Content Providers (Provedores de conteúdo): permitem que as aplicações acessem os dados de outras aplicações - como contatos - ou compartilhem os seus próprios dados. Resource Manager (Gerenciador de recursos): fornece acesso a recursos gráficos e arquivos de layout. View System (Visão do sistema): um conjunto rico e extensível de componentes de interface de usuário. As visões podem ser usadas para construir uma aplicação; elas incluem listas, grids, caixas de texto, botões, dentre outras. Location Manager (Gerenciador de localização): gerencia a localização do dispositivo. Notification Manager (Gerenciador de notificações): permite que todas as aplicações exibam alertas na Barra de Status. XMPP Service (Serviço XMPP): suporte para uso do protocolo XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) APLICAÇÕES O Android fornece um conjunto de aplicações básicas, que inclui um cliente de , um programa SMS (Short Message Service), um calendário, mapas, navegador, contatos, entre outras. 26

27 3.2. BLUETOOTH Bluetooth é uma tecnologia sem fio para criar redes pessoais, operando na banda não licenciada de 2,4GHz, com alcance de 10 metros. As redes geralmente são criadas sob medida para este propósito, a partir de dispositivos portáteis como telefones celulares e laptops. Diferente de outras tecnologias sem fio populares, como Wi-Fi, o Bluetooth oferece perfis de serviço de alto nível, como por exemplo: servidores de arquivos similares ao FTP (File Transfer Protocol), e é uma forma bastante rápida e versátil de transferir arquivos (também conhecidos como ficheiros), distribuição de arquivos, transporte de voz, emulação de linha serial e outras (BLUETOOTH, 2005). O Bluetooth não é uma tecnologia para rede local sem fio (WLAN - Wireless Local Area Network), e sim especificado para formação de redes pessoais, conhecidas como PANs (Personal Area Network). O desenvolvimento dessa tecnologia tem como objetivo eliminar a necessidade de cabos entre aparelhos eletrônicos e permitir a formação de redes pessoais Ad Hoc - tipo de rede que não possui um nó ou terminal especial, geralmente designado como ponto de acesso, para o qual todas as comunicações convergem e que as encaminha para os respectivos destinos -. Toda interface entre aparelhos pode ser feita por pequenas ondas de rádio e a detecção é automática. Dispositivos de mão como celulares podem se reconhecer automaticamente e trocar dados. Como muitos destes dispositivos são alimentados com baterias e necessitam de baixo consumo, o Bluetooth trabalha com as classes de potência de 1mW, 2,5 mw e 100 mw, com um alcance de 10 m, 20 m e 100 m, respectivamente, e opera na faixa de frequência ISM (Banda industrial científica e médica) de 2,4 GHz a 2,483 GHz. 27

28 3.3. ROBÔ LEGO NXT O NXT é um micro-computador inteligente da LEGO, apresentado na figura 2, que pode ser programado para receber entradas a partir de sensores e ativar o conjunto de motores. O Motor internamente tem um sensor de rotação, que permite um controle preciso do movimento; com o sensor de toque, seu robô reage ao ambiente. O sensor de ultrassom funciona como um radar, fazendo com que o robô possa medir a distância e reagir a movimentos; o sensor de cor pode distinguir entre as cores e também funciona como um sensor de luz. Figura 2 - Bloco de controle e seus sensores e motores (LEGO, 2011). O NXT-G é uma linguagem de programação intuitiva - baseada em ícones de arrastar e soltar - projetado para uma introdução fácil à programação para novos usuários e usuários experientes, seu ambiente de desenvolvimento é apresentado na figura 3. 28

29 Figura 3 - Ambiente de desenvolvimento NXT-G (LEGO, 2011). Ao escolher os blocos de ações que trabalham com os motores e fazem os sensores reagirem às entradas, de acordo com a montagem do robô lego NXT utilizada para executar as ações, bastando montar o bloco de programa 29

30 que vão do simples ao complexo. A figura 4 apresenta a montagem ensinada no manual do usuário do robô lego NXT. Figura 4 - Montagem padrão do robô logo NXT (LEGO, 2011). 4. LEVANTAMENTO DE REQUISITOS Esta etapa consiste em investigar os requisitos e as necessidades do cliente, para assim saber quais serão as funcionalidades da solução a ser desenvolvida. Isso torna a fase de levantamento de requisitos umas das partes mais importantes do processo de desenvolvimento de software. A técnica utilizada no desenvolvimento deste foi a investigação, anteriormente já definida no artigo, por se tratar de um sistema em que não há 30

31 clientes diretamente envolvidos para ser possível a utilização das outras técnicas de levantamento de requisitos DESCRIÇÃO DO MINI-MUNDO O grupo Lego disponibiliza, atualmente, uma plataforma de desenvolvimento para os usuários do robô lego NXT, para microcomputador (LEGO, 2011), na qual o mesmo pode desenvolver programas de vários níveis de complexidade, de acordo com seu conhecimento da linguagem e, dessa maneira, posteriormente enviá-los ao dispositivo de controle do robô lego NXT, via cabo ou Bluetooth. O programa deve ser iniciado no dispositivo de controle do robô lego NXT, que assume o controle total do robô e não permite interações do usuário, além do configurado no programa através de seus sensores. Neste contexto são identificados alguns incômodos para o usuário como, por exemplo: a falta de interatividade com o robô lego NXT após iniciar o programa, a necessidade de conhecimento da linguagem de programação e as restrições da plataforma de desenvolvimento. Desta maneira, identificou-se a oportunidade de desenvolver um software que permita maior liberdade e interatividade para o usuário REQUISITOS FUNCIONAIS E NÃO FUNCIONAIS Os requisitos funcionais especificam ações que um sistema deve ser capaz de executar, sem levar em consideração restrições físicas. 31

32 RF 01 Parear Dispositivos Oculto ( ) Descrição: o sistema deve estabelecer comunicação com o dispositivo controlado. Requisitos Não-Funcionais Nome Restrição Categoria Desejável Permanente NF 1.1 NF 1.1 Deve ser fornecida uma senha de configuração para iniciar o pareamento O tempo de envio para execução tem que ser inferior a 0.1 segundos segurança ( ) (x) performance (x) () RF 02 Enviar comando Oculto ( ) Descrição: o sistema deve enviar comandos para o dispositivo controlado. Requisitos Não-Funcionais Nome Restrição Categoria Desejável Permanente NF 2.1 O tempo de envio para execução tem que ser inferior a 0.1 segundos performance (x) () RF 03 Recuperar informações Oculto ( ) Descrição: o sistema deve recuperar as informações dos sensores cadastrados no mesmo. Requisitos Não-Funcionais Nome Restrição Categoria Desejável Permanente NF 3.1 O tempo de envio para execução tem que ser inferior a 0.1 segundos performance (x) () RF 04 Registrar Componentes Oculto ( ) Descrição: o sistema deve registrar as portas dos componentes a serem utilizados. 32

33 Requisitos Não-Funcionais Nome Restrição Categoria Desejável Permanente N/A N/A N/A () () 4.3. DIAGRAMAS DE CASOS DE USO O modelo de casos de uso é uma representação das funcionalidades observáveis do sistema e dos elementos externos ao sistema que interagem com ele (Bezerra, 2007). A ferramenta utilizada pela UML na modelagem de caso de uso é o diagrama de caso de uso, que tem o objetivo de ilustrar em um nível alto de abstração quais elementos externos interagem com as funcionalidades do sistema (Bezerra, 2007). A figura 5 aborda o diagrama do sistema proposto. 33

34 Figura 5 - Diagrama de caso de usos DESCRIÇÃO DOS ATORES Na terminologia UML, qualquer elemento externo que interage com o sistema é determinado ator. O termo externo indica que atores não fazem parte do sistema. O termo interage significa que um ator troca (envia e/ou recebe) informações com o sistema (Bezerra, 2007). Os atores identificados durante esta etapa para este sistema são: Usuário: pessoa que interagirá com a interface gráfica do sistema. Dispositivo controlado: robô lego NXT, que enviará informações do mesmo para o sistema após a sincronização dos dispositivos. 34

35 DESCRIÇÃO DOS CASOS DE USO Na descrição de Casos de Uso é importante notar que não se descreve como o software deverá ser construído, mas sim como ele deverá se comportar quando estiver pronto. Um software frequentemente é um produto complexo, e sua descrição envolve a identificação e documentação de vários casos de uso, cada um deles descrevendo uma "fatia" do que o software ou uma de suas partes deverá oferecer. (Sidnei, 2004.) Normalmente evitam o uso de termos técnicos, preferindo a linguagem do utilizador final. A seguir serão descritos os casos de uso para o sistema proposto: Caso de uso parear dispositivo CSU01 Caso de uso registrar componente CSU02 Caso de uso enviar comando de ação CSU03 Caso de uso recuperar informação CSU CASO DE USO PAREAR DISPOSITIVO CSU01 Parear dispositivos HISTÓRICO Data Descrição Analista Cliente 20/10/11 Parear dispositivos Uriel Murillo L. P. Gonçalves N/A Sumário Ator envolvido Pré-condições Pós-condições Regras de Negócio Este caso de uso visa a descrever o processo parear o dispositivo controlado com o aplicativo. Usuário N/A Dispositivos reconhecidos N/A 35

36 Fluxo Principal Ator Sistema O usuário solicita os dispositivos disponíveis. O usuário opta por um dispositivo. O usuário digita a senha fornecida no dispositivo O sistema apresenta a lista de opções encontradas. (#E1) O sistema inicia o processo de autenticação, e fornece uma senha de pareamento para o usuário. (#E2) O sistema estabelece comunicação confiável com o dispositivo, o caso de uso termina. (#E3) Fluxo Exceção (E1) Lista em branco Ator Sistema 1 O sistema avisa que nenhum dispositivo foi encontrado, o caso de uso termina. Fluxo Exceção (E2) Dispositivo não encontrado Ator Sistema 1 O sistema avisa que o dispositivo escolhido não está mais disponível, o caso de uso termina. Fluxo Exceção (E3) Senha incorreta Ator Sistema 2 O usuário digita a senha fornecida no dispositivo. 3 1 O sistema avisa que a senha digitada no dispositivo escolhido não está correta, e pede confirmação com o usuário. O sistema estabelece comunicação confiável com o dispositivo, o caso de uso termina. (#E3) Dados Campo Regra/Descrição Tipo Editáveis Obrigatórios Senha Legenda de Tipos Alfanumérico: A Senha fornecida automaticamente pela aplicação A N S 36

37 Cenários Principais de Sucesso Cenário Fluxo Principal Fluxo alternativo Fluxo Exceção...outros fluxos 1 Parear dispositivo Fluxo Principal 2 Parear dispositivo Fluxo Principal Fluxo Exceção <E3> Protótipo de interface Figura 6 - Tela de pareamento 37

38 CASO DE USO REGISTRAR COMPONENTE CSU02 Registrar componentes HISTÓRICO Data Descrição Analista Cliente 20/10/11 Registro de portas de componentes Uriel Murillo L. P. Gonçalves N/A Sumário Ator envolvido Pré-condições Pós-condições Regras de Negócio Este caso de uso visa a descrever o processo de registro de portas dos componentes do robô lego NXT Usuário Dispositivos pareados Componente devidamente registrado N/A Fluxo Principal Ator Sistema 1 O sistema apresenta todos os componentes válidos. 2 O usuário define em qual porta o mesmo está conectado, caso este exista no robô lego NXT. 3 O sistema registra os componentes existentes, o caso de uso termina e inicializa o caso de uso CSU04. (#E1) (#E2) Fluxo Exceção (E1) Nenhum componente registrado Ator Sistema 1 O sistema avisa que nenhum componente foi registrado, o caso de uso é reiniciado. Fluxo Exceção (E2) Componente registrado na mesma porta Ator Sistema 1 O sistema avisa que existem componentes com a mesma porta para registro, e solicita correção. 2 O usuário corrige as portas dos componentes. 3 O sistema registra os componentes existentes, o caso de uso termina e inicializa o caso de uso CSU04. (#E2) 38

39 Dados Campo Regra/Descrição Tipo Editáveis Obrigatórios Porta Valor de referência para a porta de entrada do componente no Bloco de controle NXT A S S Legenda de Tipos Alfanumérico: A Cenários Principais de Sucesso Cenário Fluxo Principal Fluxo alternativo Fluxo Exceção...outros fluxos 1 Registrar componentes Fluxo Principal 2 Registrar componentes Fluxo Principal Fluxo Exceção <E2> Protótipo de interface Figura 7 - Tela de registro de componentes 39

40 CASO DE USO ENVIAR COMANDO DE AÇÃO CSU03 Enviar comando de ação HISTÓRICO Data Descrição Analista Cliente 20/10/11 Enviar comando de ação Uriel Murillo L. P. Gonçalves N/A Sumário Ator envolvido Pré-condições Pós-condições Regras de Negócio Este caso de uso visa a descrever o processo de enviar comando de ação para execução no dispositivo controlado Usuário Portas dos componentes motores registradas Comando executado em tempo real N/A Fluxo Principal Ator Sistema 1 O sistema exibe as opções de comandos disponíveis. 2 O usuário escolhe o comando. 3 O sistema envia o comando para execução, o caso de uso termina. (#E1) Fluxo Exceção (E1) Dispositivo não encontrado Ator Sistema 1 O sistema avisa que o dispositivo pareado não foi encontrado, o caso de uso termina. Cenários Principais de Sucesso Cenário Fluxo Principal Fluxo alternativo Fluxo Exceção...outros fluxos 1 Enviar comando de ação Fluxo Principal 40

41 Protótipo de interface Figura 8 - Tela de comandos CASO DE USO RECUPERAR INFORMAÇÃO CSU04 Recuperar informação HISTÓRICO Data Descrição Analista Cliente 20/10/11 Recuperar informação sensores dos Uriel Murillo L. P. Gonçalves N/A Sumário Ator envolvido Pré-condições Pós-condições Regras de Negócio Este caso de uso visa a descrever o processo de recuperação de informações dos sensores registrado na aplicação. Usuário Algum sensor registrado na aplicação Informações recuperadas e exibidas para o usuário N/A 41

42 Fluxo Principal Ator Sistema 1 O usuário opta por recuperar as informações dos sensores. 2 O sistema apresenta a lista de sensores registrados com seus respectivos valores. (#E1) (#E2) Fluxo Exceção (E1) Lista em branco Ator Sistema 1 O sistema avisa que nenhum sensor foi registrado, o caso de uso termina. Fluxo Exceção (E2) Dispositivo não encontrado Ator Sistema 1 O sistema avisa que o dispositivo escolhido não está mais disponível, o caso de uso termina. Cenários Principais de Sucesso Cenário Fluxo Principal Fluxo alternativo Fluxo Exceção...outros fluxos 1 Recuperar informação Fluxo Principal 5. ANÁLISE DO SISTEMA Uma das características de um Sistema de Software é a complexidade de seu desenvolvimento, que aumenta à medida que cresce o tamanho do sistema. Para a construção de um sistema complexo, é necessário um planejamento inicial. De forma que promova uma perspectiva mais ampla, esse projeto pode ser visto como uma representação idealizada de um sistema a ser construído. 42

43 A análise orientada a objetos tem como meta identificar o melhor conjunto de objetos para descrever um Sistema de Software. Nesta etapa será gerada uma série de modelos que descrevem como o software trabalhará para satisfazer os requisitos levantados na fase de levantamento de requisitos (Roger, 2002). As etapas da análise orientada a objetos são apresentadas na figura 9. Nesta podem-se observar as atividades e a ordem de execução. Figura 9 - Etapas do processo de análise orientada a objetos [Fábrica acadêmica de software da UVV] 5.1. DIAGRAMA DE CLASSES O diagrama de classes descreve os vários tipos de objetos no sistema e o relacionamento entre eles. (Sidnei, 2004.) A figura 10 representa o diagrama de classes do sistema. 43

44 Figura 10 - Diagrama de Classes 44

45 5.2. DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA A interação entre objetos para dar suporte a uma funcionalidade denomina-se realização de caso de uso, que descreve o comportamento de um ponto de vista interno do sistema. (Bezerra, 2007) Esse comportamento pode ser mapeado pelo diagrama de sequência, que apresenta mensagens enviadas entre os objetos. No diagrama de sequência, essa troca ocorre em ordem temporal. O foco nesse diagrama está em como as mensagens são enviadas no decorrer do tempo. A seguir serão apresentados um diagrama do sistema proposto PAREAR DISPOSITIVOS A função de pareamento tem como objetivo estabelecer um canal de comunicação entre a aplicação e o dispositivo controlado. A figura 11 apresenta o diagrama de sequência Conectar. 45

46 Figura 11 - Diagrama de sequência Conectar 5.3. DIAGRAMA DE ESTADO Objetos do mundo real se encontram em estados particulares a cada momento. Por exemplo, uma jarra está cheia de líquido; uma pessoa está cansada. Da mesma forma, cada objeto participante de um Sistema de Software orientado a objetos se encontra em um estado particular (Bezerra, 2007). Objetos dentro de um sistema podem mudar de estados, quando isso ocorre, diz-se que aconteceu uma transição de estados. O diagrama capaz de descrever essas mudanças de estados é chamado de diagrama de transição de estados, que permite descrever o ciclo de vida de objetos de uma classe, os eventos que causam a transição de um evento para o outro e a realização de operações resultantes (Bezerra, 2007). A figura 12 apresenta o diagrama de estados que o objeto bluetooth pode obter. 46

47 Figura 12 - Diagrama de estado da variável 'bluetooth' 6. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO Este capítulo apresenta a especificação de projeto do sistema, considerando aspectos de como este será construído. Na fase de projeto, determina-se como o sistema funcionará para atender aos requisitos, de acordo com os recursos tecnológicos existentes e considerando os aspectos físicos e dependentes de implementação. Aos modelos da fase de análise são adicionadas as denominadas restrições tecnológicas. A especificação visa a produzir uma solução para o problema identificado na análise, oferecendo uma abordagem geral ao desenvolvimento do software. 47

48 6.1. TECNOLOGIAS UTILIZADAS As tecnologias utilizadas para o desenvolvimento deste sistema foram relacionadas e descritas no capitulo 3 deste. Assim, descreveremos em seguida apenas a plataforma de desenvolvimento AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO ECLIPSE É um editor de código fonte integrado, possui auto completar avançado e permite a geração automática de arquivos javadoc em HTML a partir dos comentários inseridos no código. É recomendado pela fabricante do sistema operacional Android como ambiente de desenvolvimento de aplicações para o mesmo SDK ANDROID O Android SDK inclui documentação, código e utilitários para que programadores consigam desenvolver as suas aplicações de acordo com o padrão do sistema operacional em questão ARQUITETURA DO SISTEMA A Arquitetura de Software de um sistema consiste na definição dos componentes de software, suas propriedades externas, e seus relacionamentos com outros softwares. O termo também se refere à documentação da Arquitetura de Software do sistema. A documentação 48

49 permite o reuso do projeto dos componentes e padrões entre projetos. Neste trabalho não foi utilizado nenhum padrão de arquitetura, por se tratar de um sistema com baixa complexidade, sendo usados os artefatos da fase de análise para o desenvolvimento PADRÕES DE INTERFACE A interface é responsável por uma parte fundamental no sistema, a parte visível de comunicação entre o usuário e o software. Se for mal projetada, o sistema pode ser rejeitado pelo usuário, caso contrário, pode se tornar um fator decisivo para facilitar a aceitação. O padrão de interface com os usuários em aplicações para Android segue o estipulado para a versão do mesmo que executa a aplicação, não sendo necessária a preocupação com o padrão. 7. CONCLUSÃO Neste trabalho, foi realizada a proposta de desenvolvimento de um sistema para controle em tempo real do robô Lego NXT. Inicialmente, foi definido o escopo do projeto e executadas as duas primeiras etapas (Levantamento de Requisitos e Análise) do processo de desenvolvimento adotado. Posteriormente, foi elaborado o projeto arquitetural e o projeto detalhado do sistema, os quais resultaram no refinamento dos artefatos criados na fase de análise, englobando as restrições tecnológicas. Com a utilização deste software, ocorrerá uma familiarização entre o robô Lego NXT e os usuários comuns sem o conhecimento de programação, instigando a procura por este conhecimento. 49

50 Como trabalho futuro, pretende-se desenvolver um sistema capaz de controlar diferentes dispositivos, de modo que seja possível executar operações complexas e precisas. Que faça uso de tecnologias mais eficientes de comunicação sem fio, viabilizando assim, o uso em maiores distancias e em ambientes com interferências. Este trabalho prova que é possível o controle de dispositivos remotos de maneira eficiente por meio de aparelhos simples com as tecnologias certas, viabilizando o uso de robôs - controlados em tempo real - em áreas consideradas nocivas para humanos, assim, conclui-se que é possível o controle de dispositivos externos por meio do uso de aplicações especificas em dispositivos móveis, sendo necessária apenas a implementação da interface de comunicação. 50

51 8. BIBLIOGRAFIA Bezerra, E. (2007). Princípios de Análise e Projeto de Sistemas com UML. Rio de Janeiro: Campus. BLUETOOTH. (2005). Bluettoth. Acesso em 08 de março de 2011, disponível em Booch, G., & Rumbaugh, J. J. (2000). UML, Guia do Usuário. Rio de Janeiro: Campus. G1economia. (2011). Android alcança um terço dos smartphones nos eua, diz comscore. Acesso em 10 de abril de 2011, disponível em Google. (2011). What is Android? Acesso em 09 de abril de 2011, disponível em LEGO. (2011). Mindstorms. Acesso em 01 de julho de 2011, disponível em Medina, H. (Abril de 2011). Brasil chega a 250,5 milhões de celulares em abril, diz anatel. Acesso em 25 de Agosto de 2011, disponível em www1.folha.uol.com.br/folha/dinheiro/ult91u shtml Melo, A. C. (2004). Desenvolvendo aplicações com UML 2.0: Do conceitual à implementação. Rio de Janeiro: Brasport. Quatrini, T. (2001). Modelagem Visual com Rational Rose 2000 e UML. Rio de Janeiro: Ciência Moderna. Roger, S. P. (2002). Ingeniería del Software un enfoque práctico. São Paulo: McGrawHill. 51

52 Scott, K. F. (2000). UML Distilled: A Brief Guide to the Standard Object Modeling Language. New York, USA: Addison-Wesley Publishing Company. Sidnei, R. (2004.). Análise e Projeto de Sistemas de Informação Orientados. In: R. Sidnei, Análise e Projeto de Sistemas de Informação Orientados. Rio de Janeiro: Editora Campus. Yourdon, E. (1994). Object-Oriented Systems Design: an Integrated Approach,Yourdon Press Computing Series. Prentice Hall. 52

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