CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS

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1 CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS Sistema Inteligente de Controle de Vagas em Estacionamentos Interfaceado por Aplicativo de Celular Crea-Minas

2 2015 CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA Denner Miranda Borges Felipe Gaya Scandiffio Sistema Inteligente de Controle de Vagas em Estacionamentos Interfaceado por Aplicativo de Celular Marcelo Braga dos Santos Professor orientador Crea-Minas 2015

3 FICHA DE REGISTRO DO TRABALHO Nome do Trabalho Sistema Inteligente de Controle de Vagas em Estacionamentos Interfaceado por Aplicativo de Celular Instituição de Ensino Universidade Federal de Uberlândia Cidade Uberlândia Estado MG Professor(a) Orientador(a) Marcelo Braga dos Santos Aluno(a) Coordenador(a) Denner Miranda Borges Celular (34) Integrantes do trabalho Alunos(a) Celular Felipe Gaya Scandiffio (34) Informações Importantes: Os Trabalhos inscritos devem cumprir os critérios de inovação estabelecidos no Relatório de Trabalho. a) O Relatório de Trabalho deverá descrevê-lo da forma mais detalhada possível, orientado, obrigatoriamente, pelo roteiro apresentado no próprio formulário, respeitando o limite mínimo de 6 (seis) páginas e o máximo de 10 (dez) páginas, em fonte Calibri, corpo 11 e espaçamento simples. b) Os gráficos, planilhas e figuras devem ser incluídas no corpo do texto. c) Não será aceita a inscrição de trabalho cujo Relatório de Trabalho não seja feito no modelo indicado. É necessário apresentar e comprovar os resultados mensurados através de um protótipo, maquete, apresentação em multimídia, filmes e/ou banner.

4 RELATÓRIO DE TRABALHO 1. Caracterização da situação anterior e identificação do problema O crescente aumento na frota de veículos do país, acarretou um aumento expressivo na demanda por vagas de estacionamento, tanto em locais públicos como privados. Os estacionamentos privados de shoppings, aeroportos, supermercados e até mesmo de universidades, sofrem com a questão da superlotação, e na dificuldade de encontrar vagas disponíveis. Em grandes estacionamentos, os motoristas acabam por perder um bom tempo até localizarem uma vaga, e por muitas das vezes distante do estabelecimento ou entrada desejada. Agregado a este problema, têm-se um consumo desnecessário de combustível e maior emissão de poluentes. A redução no tempo de busca para uma vaga, além de resultar em maior conforto para os usuários, têm impacto direto no consumo de combustível e propicia uma melhor dinâmica e controle para grandes estacionamentos. 2. Descrição do trabalho e da inovação O uso de smartphones, tablets e demais gadgets vêm tomando conta do cotidiano da população em geral. Cada vez mais soluções ligadas ao uso de aplicativos em rede são apresentadas e disponibilizadas a essas plataformas. O presente trabalho propõe a elaboração de um sistema de controle e organização de estacionamentos, que seja interativa com o utilizador. A principal inovação apresentada neste é a ligação do usuário ao sistema por meio de um aplicativo que permita rastrear as vagas disponíveis, em tempo real, trocando informações coletadas por sensores instalados nas vagas, e apresentando de forma visual em um dispositivo com acesso à internet. A implementação da ideia consiste em utilizar sensores de presença para detectar um veículo em determinada vaga. O sensor fornece um sinal analógico de distância que é interpretado por um microcontrolador, que define através de uma faixa, e por determinado intervalo de tempo a presença de um carro. O microcontrolador irá emitir um sinal booleano que é enviado através de uma placa de rede do controlador para um computador central. O sinal recebido dos controladores definem a informação de presença na vaga que é disponibilizada em um servidor online onde o aplicativo interfaceará em tempo real a visualização do local da vaga no mapa e a disponibilidade da mesma. Adicionalmente uma luz de LED em local visível aos motoristas informará no estacionamento a vacância ou não da vaga. Para exemplificar a utilização e funcionalidade do trabalho fora implementado uma maquete de um estacionamento com algumas vagas, e carros de brinquedo para simular os veículos na vaga. 4

5 Figura 1 - Maquete de simulação do estacionamento montada. No protótipo construído utilizou-se sensores ultrassônicos. Este tipo de sensor tanto para o protótipo quanto para implementação real, se mostra bastante adequado, visto que é possível definir uma distância que indicaria a presença de um veículo para que não ocorra leituras errôneas, como a presença de uma pessoa ou obstáculo que seja confundido com um carro, além do fato de que pode-se utilizar inúmeros sensores sem que haja interferência entre os mesmos, pois é possível direcionar as ondas sonoras e restringi-las a uma determinada direção. O sensor utilizado no protótipo é um HC-SR04, que permite medir distâncias de 2cm a 4cm. O funcionamento básico consiste na emissão de um pulso sonoro que é rebatido por um objeto e capturado por um transdutor de pressão. De acordo com a velocidade do som e do tempo de reposta entre a emissão e a recepção do pulso sonoro é possível determinar a distância que o objeto se encontra do sensor. Figura 2 - Esquema de funcionamento básico do sensor ultrassônico. O sinal gerado pelo sensor é interpretado por um microcontrolador Arduino Uno. O Arduino é uma plataforma física de computação de código aberto baseado numa simples placa microcontroladora, e um ambiente de desenvolvimento para escrever o código para a placa. O Arduino pode ser usado para desenvolver objetos interativos, admitindo entradas de uma série de 5

6 sensores ou chaves, e controlando uma variedade de luzes, motores ou outras saídas físicas. Projetos do Arduino podem ser independentes, ou podem se comunicar com software rodando no próprio computador (como Flash, Processing, MaxMSP.). Figura 3 - Microcontrolador Arduíno Uno. Nesse projeto foi utilizado dois microcontroladores para o processamento de todos os periféricos. Para a conexão entre os dois controladores foi utilizado o protocolo I2C. No protótipo desenvolvido, o sinal recebido pelo microcontrolador dos sensores, é enviado via bluetooth diretamente para o aplicativo. O sinal enviado é uma string, contendo valores de 0 e 1, nos quais os alocamentos da posição na string correspondem às posições das vagas. Figura 4 - Fluxo de etapas do protótipo. (1) Parada na vaga. (2) Detecção do carro pelo sensor. (3) Microcontrolador mestre processamento do sinal dos sensores. (4) MIcrocontrolador escravo gerenciamento do sinal dos leds. (5) Sinal visual de presença na vaga. (6) Envio do sinal por bluetooth. (7) Interfacemento pelo aplicativo no celular. 6

7 O aplicativo é desenvolvido pelo framework Adobe Phonegap, o mesmo é escrito em HTML, Javascript, AngularJS. Consiste em cinco telas que são especificamente: login, onde o usuário realiza o acesso ao mesmo; página principal, onde o usuário tem a opção de escolher por três alternativas (vagas disponíveis, vaga mais próxima, localização do veículo). Na tela de vagas disponíveis têm-se o mapa do estacionamento dividido em seções, onde é apresentada a cor verde para vaga livre, e cor vermelha para vaga indisponível. Na tela de vaga mais próxima, o usuário pode após selecionar um destino saber qual a vaga livre mais próxima do mesmo, têm-se listados no aplicativo os destinos possíveis e é feito um grafo do estacionamento. O aplicativo sabe as vagas que estão ocupadas, e as tira seus vértices correspondentes do grafo. Usando o Algoritmo de Dijkstra, sabemos a vértice da vaga mais próxima ao destino, conforme a figura 7. A tela de localização do veículo, foi reservada para a implementação do aplicativo em escala real, onde será possível a localização via GPS do veículo, na vaga onde estacionado, portanto não está habilitada no protótipo. Figura 5 - Layout do aplicativo. (1) Tela inicial de login. (2) Tela da página principal. (3) Mapa das vagas do protótipo. Figura 6 - Lado direito- possível representação de lojas em volta ao estacionamento. Lado esquerdo - representação em grafo dos itens. 7

8 3. Concepção da inovação e trabalho em equipe A falta de vagas e o tempo para encontrar a mesma dentro da universidade, levou a equipe a questionar formas de solucionar ou amenizar a dificuldade encontrada nos estacionamentos da atualidade. Visto que o uso de aplicativos em celulares têm se tornado bastante popular, conciliar uma solução para o problema das vagas à um recurso atrativo que é a utilização de smarthphones tornou-se o principal ponto de inovação para o trabalho. Com o auxílio do professor orientador, foi definido um tipo de sensor adequado para o problema e que pudesse demonstrar de forma simplificada através de uma maquete e um protótipo que o interfaceamento dos sensores com o aplicativo é executável e uma solução viável para o problema das vagas. 4. Objetivos da iniciativa Propor uma solução viável e alternativa às existentes para a questão das vagas em estacionamentos; Permitir ao usuário a utilização de um aplicativo que funcione adequadamente e que torne o trabalho de encontrar vagas mais prático e eficiente; Tornar o uso de soluções em smartphones e gadgets cada vez mais cotidiana e facilitadora para a população; Permitir a racionalização de rotas em sistemas GPS para grandes cidades como São Paulo onde chegar ao destino não é o ponto final da viagem, mas sim encontrar um estacionamento. 5. Público-alvo da iniciativa O público alvo do trabalho é bastante generalizado, tendo em vista que várias pessoas de diferentes idades e classes se utilizam de estacionamentos em shoppings, aeroportos, etc., portanto os afetados diretamente pela proposta do trabalho são as pessoas que utilizam estacionamentos cotidianamente, e que o problema da localização de vagas em estacionamentos consome tempo e combustível. Indiretamente afetado pela proposta têm-se qualquer pessoa, que utilize estacionamentos, e que possa ser beneficiado com a redução no tempo de encontro das vagas. 6. Ações e etapas da implementação A implementação do protótipo ocorreu pelas seguintes etapas listadas abaixo: 8

9 Construção de uma maquete simulando um estacionamento: nesta etapa foi simulado, um estacionamento sobre uma mesa, onde os sensores ultrassônicos foram fixados em uma base para detectar a presença de carros de brinquedo nas vagas delimitadas; Implementação do microcontrolador: nesta etapa, foi testado e montado o circuito do microcontrolador ligado ao sensor ultrassônico, ainda foi realizada a implementação do código para recepção dos dados, e definição da faixa de distância para a identificação do objeto, bem como a definição do tempo de presença no sensor. Figura 7 - Implementação e teste do microcontrolador mais sensor. Construção do aplicativo: nesta etapa, foi criado o código fonte do aplicativo, desenvolvido pelo framework Adobe Phonegap, sendo escrito em HTML, Javascript, e AngularJS. Interfaceamento sensor + microcontrolador com aplicativo: nesta etapa, os dados captados dos sensores foram transmitidos para o aplicativo através de uma placa bluetooth adicionada ao microcontrolador. Nesta etapa possível validar o código do aplicativo para reconhecer a disponibilidade ou não da vaga, através da string passada ao mesmo. Finalização do layout do aplicativo: nesta etapa final, foi definido o layout do aplicativo, bem como a inserção do mapa de vagas do estacionamento simulado, onde é possível verificar quais vagas estão livres e quais vagas estão ocupadas. 7. Descrição dos recursos financeiros, humanos, materiais, tecnológicos Para a construção do protótipo fora utilizado: 1 kit microcontrolador Arduino Uno e Arduino Duemilanove 4 sensores ultrassônicos HC-SR04 9

10 Cabos, fios e leds Na montagem da maquete do estacionamento usou-se carros em escala reduzida de brinquedo, e fita colorida para demarcação das vagas em uma mesa. Todos os recursos tecnológicos (kit microcontrolador, sensores), foram obtidos com orçamento próprio, ou cedidos pela universidade, e a montagem da maquete utilizou-se de materiais disponíveis pela equipe. Para o construção do aplicativo, fora utilizado o framework Adobe Phonegap, que membros da equipe já possuiam conhecimento e utilização. 8. Por que considera que houve utilização eficiente dos recursos no trabalho? Todos os recursos utilizados, já pertenciam à equipe antes do início do trabalho. De tal forma nenhum equipamento eletrônico fora adquirido especialmente para implementação do protótipo. Para a construção do modelo, o objetivo era demonstrar a capacidade de interfaceamento dos sensores, que detectam a presença de um carro em escala na maquete, transferem a informação ao microcontrolador que envia o sinal ao aplicativo. De tal maneira, todos os recursos disponíveis foram bem utilizados para o objetivo final do protótipo, e ainda levando em conta o custo de aquisição do microcontrolador e sua gama de aplicações, todo o trabalho foi viável financeiramente e demonstra aptidão da ideia para ser colocada em execução. 9. Resultados quantitativos e qualitativos concretamente mensurados Inicialmente foram realizados os testes para a leitura dos dados fornecidos pelos sensores ao microcontrolador. Para o funcionamento do protótipo foi usado dois microcontroladores conectados via protocolo I2C (sendo um controlador mestre e outro escravo). O controlador mestre recebe o sinal dos sensores, enviando a situação dos mesmos para a placa bluetooth e para o controlador escravo, que por sua vez era responsável por gerenciar os leds corretos de disponibilidade da vaga. Para demonstrar o funcionamento do protótipo, o sistema com os microcontroladores, leds e sensores foi montado sobre a maquete conforme a figura abaixo: 10

11 Figura 8 - Montagem do sistema (leds, sensores e microcontroladores) sobre a maquete. Figura 9 - Montagem do circuito. Após a montagem de todo o sistema, e realizadas as devidas conexões foi testada a conectividade do protótipo com o aplicativo desenvolvido. O sinal enviado para o mesmo é um string com o estado atual de cada vaga, além disso os leds representativos (amarelo e vermelho) indicam a disponibilidade sobre a vaga. De tal modo, a seguinte configuração inicial é testada: 11

12 Figura 10 - Configuração inicial com uma vaga disponível. Figura 11 - Status das vagas exibido na tela do aplicativo. O aplicativo recebeu o sinal dos microcontroladores via bluetooth, e nas onde foram instalados os sensores, apontou a disponibilidade ou não da mesma, por um sinal gráfico. Na segunda situação, foi ocupada a vaga livre da imagem acima, e liberada outra vaga. Após o tempo de setagem da nova configuração pelo microcontrolador a nova posição é enviado ao aplicativo, demonstrando a nova configuração do mapa de vagas. Por meio desta simulação simples foi avaliado o funcionamento de todo o sistema e o interfaceamento com o aplicativo criado. Com base nesses resultados, a ideia da implementação em escala real é possível e viável. Cabe ressaltar que o protótipo teve como objetivo demonstrar o pareamento do sistema em escala, com o aplicativo. De tal maneira, a implementação em escala 12

13 deve ser avaliada a conexão em rede de uma quantidade muito maior de sensores, bem como o gerenciamento através de uma central, antes do sinal ser enviado ao aplicativo. 10. Obstáculos encontrados e soluções adotadas O principal obstáculo encontrado foi a implementação de uma rede para interfacear o aplicativo com o microcontrolador, devido à necessidade de uma placa de rede para o controlador Arduino. Para tal, no protótipo o interfaceamento foi realizado diretamente do microcontrolador para o aplicativo do celular via bluetooth, apenas para demonstrar a capacidade de envio da informação do sensor para o aplicativo. Para a implementação em escala, e aproximar o modelo da realidade, propõe-se a aquisição posterior de uma placa de rede para o controlador, para que seja criado um servidor e a troca de informações entre o controlador e o aplicativo seja realizada online. 11. Fatores críticos de sucesso Os fatores cruciais para o sucesso de implementação da ideia são: o interfaceamento das informações com equipamentos modernos, como celulares e tablets que estão acessíveis para grande parte da população, e a oportunidade de solução de forma simples, porém bastante inovadora do problema de vagas em estacionamentos, que afeta grande parte das cidades de médio a grande porte brasileiras. 12. Por que o seu trabalho pode ser considerado uma inovação? O trabalho apresentado se mostra uma alternativa viável ao problema das vagas em estacionamentos, que acarreta maior tempo de busca e consumo de combustível ao usuário. De tal forma uma solução de rastreamento e controle das vagas possibilita um ganho de tempo e economia ao utilizador. Realizar a conexão desse sistema à um aplicativo de um celular smartphone é a principal inovação buscada pelo trabalho. O protótipo montado provou-se eficaz na tarefa atribuída, cabe ressaltar que a implementação em escala real deve ser analisada com maior detalhamento, afim de uma análise completa da rede integrada de sensores e controladores à uma central de comando. Como trabalho futuro a implementação completa da ideia em escala real, e devidos testes, possibilitará avaliar parâmetros como tempo de redução na busca da vaga, e ainda a satisfação dos usuários do aplicativo. 13