A Novel IoT-based Plug-and-Play Multi-Gas Sensor for Environmental Monitoring - Gomes, Jo??o Bernardo Alves (2019)
A detec????o e a medi????o de gases ambientais tornaram-se essenciais em diversos campos e aplica????es, desde a preven????o de acidentes, at?? avisos de polui????o do ar, e garantindo a mistura correta de gases para pacientes em hospitais. Vazamentos de gases podem atingir grandes propor????es, afetando bairros ou at?? mesmo cidades, causando enormes impactos ambientais. A integra????o de sensores de gases ambientais por meio do paradigma da Internet das Coisas (do Ingl??s, Internet of Things IoT) deve facilitar os processos de coleta e compartilhamento de dados, proporcionando melhores experi??ncias aos usu??rios e evitando grandes perdas e despesas. Com esta integra????o, os usu??rios finais devem ser capazes de operar esses dispositivos sem pr??vio conhecimento tecnol??gico, portanto, a proposta de sensores e atuadores Plug-and-Play (PnP) deve ser considerada. Esta disserta????o explora uma revis??o e avalia????o das tecnologias de detec????o de gases, os sensores de g??s com conex??o sem fio propostos na literatura e as abordagens PnP para dispositivos habilitados para IoT. Ap??s a revis??o da literatura, uma solu????o integrada baseada em IoT para detec????o de gases ambientais sob uma nova abordagem PnP ?? proposta, combinando as integra????es de hardware e software para uma melhor experi??ncia do usu??rio. Nesta proposta, ?? definida uma interface Plug-and- Play, utilizando-se a interface de comunica????o serial universal (do Ingl??s, Universal Serial Communication Interface USCI) para microcontroladores (do Ingl??s, Microcontroller Units MCUs) atrav??s do protocolo universal ass??ncrono receptor e transmissor (do Ingl??s, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter UART), explorado atrav??s do m??ltiplo acesso por divis??o de tempo (do ingl??s, Time Division Multiple Access TDMA), permitindo que mais de dois MCUs se comuniquem no mesmo barramento. A comunica????o sem fio ?? feita atrav??s dos padr??es IEEE 802.15.4 e IEEE 802.11 (Wi-Fi), e as unidades de detec????o s??o compostas por um MCU de baixa pot??ncia e um transdutor de g??s. Nesta proposta, as tecnologias para sensoriamento de gases eletroqu??mico e semicondutor de ??xido de metal (do Ingl??s, Metal Oxide Semiconductors MOS) foram escolhidas devido ?? sua f??cil implementa????o. Finalmente, foi feita a integra????o do sistema proposto com um Middleware para IoT, um software que recebe os dados detectados, armazena-os e os encaminha para outros dispositivos inteligentes no mesmo contexto. Foi desenvolvido um aplicativo m??vel para Android, a fim de alertar os usu??rios sobre as concentra????es de gases ambientais foi desenvolvido atrav??s da plataforma Android Studio. A solu????o proposta foi experimentada, demonstrada, validada e est?? pronta para uso.