SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMÁTICA CONTROLADA POR SMARTPHONE

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Curso: Especialização em Arquitetura de Software Distribuído

Data: 26/10/2017

Unidade: Praça da Liberdade

Disciplina: Internet das Coisas

Professor: Ilo Rivero

Alunos: Bruno Valgas (b.valgas@gmail.com)

Dellan Hoffman P. Silva (dellanhoffman@gmail.com)

Hebert Alves Ferreira (heltbh17@hotmail.com)

Jean Carlos Batista (jean.carlosbatistta@gmail.com)

Jeordane Batista (jeordane.batista@hotmail.com)

INTRODUCTION

What would it be like if we could water our plants anytime, anywhere? With the WaterPlant Project it will be possible. This project was developed aiming at improving the convenience and practicality to treat this being so important for the planet.

INTRODUÇÃO

Como seria se pudéssemos aguar nossas plantas a qualquer hora e de qualquer lugar? Com o Projeto WaterPlant será possível. Este projeto foi desenvolvido visando melhorar a comodidade e a praticidade para tratar deste ser tão importante para o planeta.

FUNCIONAMENTO

O projeto foi desenvolvido para monitoramento de jardins, onde é possível efetuar a verificação do estado do solo, com relação a sua umidade. Sendo assim, por meio de parâmetros da umidade do solo é possível avaliar a necessidade de sua irrigação.

A placa envia informações para a API, armazenada na nuvem, que por sua vez é acessada pelo aplicativo mobile, que recebe e trata tais informações. Desta forma a aplicação mantem o usuário informado da situação do solo. O usuário em contato com a aplicação poderá solicitar o irrigamento imediado do solo, esta informação é enviada para a API que por sua vez se comunica com a placa para acionamento do dispositivo de irrigação.

Step 1: COMPONENTES - DRAGONBOARD

DragonBoard 410C

A DragonBoard 410C é a primeira placa de desenvolvimento baseada no processador da série Qualcomm Snapdragon 400, contando com conexões Wifi, Bluetooth e GPS em uma placa do tamanho aproximado de um cartão de crédito, e é caracterizada pelo alto desempenho do processador de 64 bits da Qualcomm rodando à 1.2GHz, com 1GB de memória DDR3 533 MHz e 8GB de memória de armazenamento (eMMC).

Preço: R$500 ~ R$750

Step 2: COMPONENTES - LINKER BASE

Placa de expansão para mapeamento e utilização de portas, facilitando a utilização de sensores.

Step 3: COMPONENTES - SENSOR

Sensor de Umidade do Solo

Este sensor utiliza dois eletrodos para passar corrente pelo solo e lê o nível de umidade por comparação com a resistência do potenciômetro do módulo do sensor. Quando o solo estiver seco, a sua resistência aumenta, dificultando a passagem de corrente. Com a absorção da água, a resistência do solo diminui permitindo a passagem de corrente entre os eletrodos e fechando, desta forma, o circuito. Dessa forma podemos definir quando o solo está molhado, ou quando está seco.

O módulo fornece tanto uma saída digital (D0), como uma saída analógica (A0). O sinal digital é ajustado para que tenha valor lógico 1 quando a umidade for maior do que um valor predefinido, ajustado através do potenciômetro presente no módulo.

Preço: R$6 ~ R$20.

Step 4: DESENVOLVIMENTO COM WINDOWS 10 IOT CORE

A aplicação desenvolvida para rodar na Dragonboard 410c foi feita utilizando o Windows 10 IoT Core.

O Windows 10 IoT Core é uma plataforma de desenvolvimento criada para facilitar a vida dos desenvolvedores na hora de programar seus dispositivos. Com ele é possível desenvolver para várias placas existentes no mercado, bastando ter instalado no computador os seguintes itens(já em sequência de instalação, no caso de uso da Dragonboard):

Visual Studio 2017 Community ou qualquer outra versão(https://www.visualstudio.com/thank-you-downloading... );
DragonBoard Update Tool;
Windows 10 IoT Core Dashboard;
DragonBoard Windows 10 IoT Core Image;
Windows IoT project templates;

O processo completo para instalação e configuração pode ser encontrado no seguinte link:https://developer.microsoft.com/en-us/windows/iot/...

Após a instalação e configuração conforme o tutorial da Microsoft basta criar um novo projeto no Visual Studio do tipo Background Application.

Para este tutorial vamos disponibilizar o código finalizado da aplicação através do GitHub em https://developer.microsoft.com/en-us/windows/iot...

Toda a configuração do aplicativo está no arquivo StartupTask.cs na raiz do projeto, e vamos explicar abaixo parte a parte do código.

O método principal da aplicação é o Run() e seu código é o seguinte:

public void Run(IBackgroundTaskInstance taskInstance)
        {
            InitGPIO();
            InitSPI();
            _deferral = taskInstance.GetDeferral();
            timer = ThreadPoolTimer.CreatePeriodicTimer(Timer_Tick, TimeSpan.FromMilliseconds(10000));
            timer2 = ThreadPoolTimer.CreatePeriodicTimer(Timer_Tick2, TimeSpan.FromMilliseconds(10000));
        }

Os métodos InitGPIO()e InitSPI() inicializam variáveis para serem utilizadas na nossa aplicação enquanto as variáveis timer e timer2 criam 2 timers para serem executados a cada quantidade de tempo, e neste caso foram parametrizados 10 segundos(10 mil milissegundos) para cada timer. Para alterar esse tempo basta mudar estes valores nessa parte do código.

O Método InitGPIO() a seguir tem como função definir as configuraçõese do pino que ativa a válvula solenoide de água. Nesse exemplo de código para a Dragonboard o código do pino foi o 36.

private void InitGPIO()
{ 
            var gpio = GpioController.GetDefault(); 
            if (gpio == null){ 
                pin = null;                 
                return; 
           }
           pin = gpio.OpenPin(36);
           if (pin == null){ return; }
           pin.Write(GpioPinValue.High); 
           pin.SetDriveMode(GpioPinDriveMode.Output);
}

O método InitSPI() configura a porta SPI0 da Dragonboard.

private async Task InitSPI()
{ 
       try 
	   { 
                var settings = new SpiConnectionSettings(0);    // Seleciona a porta SPI0 da DragonBoard 
                settings.ClockFrequency = 500000;               // Configura o clock do barramento SPI em 0.5MHz 
                settings.Mode = SpiMode.Mode0;                  // COnfigura polaridade e fase do clock do SPI 
                var controller = await SpiController.GetDefaultAsync(); 
                SpiADC = controller.GetDevice(settings); 
            }
             catch (Exception ex){ 
                throw new Exception("Falha na inicialização do SPI", ex); 
            }
}

O primeiro timer invoca o método Timer_Tick() que tem como função a verificação através da API se houve um comando para iniciar uma irrigação. O seguinte trecho de código é responsável pela chamada à API:

var httpWebRequest = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://serverless-study.appspot.com/api/v1/irrigacoes"); 
httpWebRequest.ContentType = "application/json";             
httpWebRequest.Method = "GET";

Neste trecho de código deve ser alterado para o endereço onde será hospedado o código da API para buscar o comando de irrigação. É neste trecho de código que a irrigação é encerrada também.

Para o segundo timer é invocado o método Timer_Tick2() que é responsável pelo envio dos dados da umidade do solo naquele momento. É no seguinte trecho de código deste método que deve ser configurado o endereço da API para o envio dos dados:

var httpWebRequest = (HttpWebRequest)WebRequest.Create("http://serverless-study.appspot.com/api/v1/umidades"); 
httpWebRequest.ContentType = "application/json";             
httpWebRequest.Method = "POST";

O método LerADC(byte canal) é o método responsável por ler do conversor analógico/digital os valores informados pelo sensor de umidade. Este adaptador informa um array de bytes que é convertido em inteiro através do método ConvertToInt([ReadOnlyArray] byte[] data). Segue os trechos de código:

public int LerADC(byte canal)
{
        byte[] readBuffer = new byte[3];
        byte[] writeBuffer = new byte[3] { 0x00, 0x00, 0x00 };
	writeBuffer[0] = 0x01;
	writeBuffer[1] = canal;
	SpiADC.TransferFullDuplex(writeBuffer, readBuffer);            
	adcValue = ConvertToInt(readBuffer);                    
	return adcValue;
}

public int ConvertToInt([ReadOnlyArray] byte[] data)
{
	int result = 0;
	result = data[1] & 0x03;
	result <<= 8;
	result += data[2];
	return result;
}

Step 5: PREPARANDO a API

API foi desenvolvida na plataforma NodeJS (https://nodejs.org), foi utilizado o Swagger (https://swagger.io/specification/) a fim de modelar e documentar os recursos utilizados na integração do trabalho.

Para armazenamento dos dados foi utilizado o banco de dados MySQL, banco de dados relacional e open source.

Segue abaixo a arquitetura de camadas que compõem a API.

● /api: Camada que gerencia os recursos disponibilizados para que terceiros possam acessar.

○ /api/controller: Camada que gerencia as rotas definidas no documento gerado pelo swagger.

○ /api/service: Camada que entrega os dados de entrada para serem tratados, depois escritos ou lidos pela camada de BO (descrita mais à diante). Nesta camada está configurado o retorno ocorrido durante o processo de request.

○ /api/swagger: Camada que contém o arquivo de configuração do swagger, onde estão toda as configurações dos recursos.

● /domain: Camada que contém toda codificação relacionada a regra de negócio da aplicação.

○ /repository: Camada de persistência de dados.

● /infrastructure: Cama de configuração das strings de conexão do banco de dados e também do servidor que será provisionado pela própria aplicação.

Para mais informações e consulta ao código fonte acesso o link do github: https://github.com/jeanbatista/simple-api-swagger

Segue abaixo uma breve descrição de cada recurso disponibilizados na API:

Método: POST

URI: /api/v1/umidades

Descrição: Recurso utilizado para registar umidade coletada pelo sensor de umidade.

Exemplo de requisição:

{
	“valor”: 355
}

Método: GET

URI: /api/v1/umidades

Descrição: Recurso que recupera todos os registros de valores de umidade que foram salvos anteriormente.

Exemplo de response:

[
	{
		“id”: 1,
		“valor”: 355,
		“dataCadastro”: yyyy-MM-dd HH:MM
	}
]

Método: POST

URI: /api/v1/irrigacoes

Descrição: Recurso utilizado para ativar o dispositivo de irrigação.

Método: GET

URI: /api/v1/irrigacoes

Descrição: Recurso utilizado para verificar o estado de umidade atual do solo.

Exemplo de response:

{
	“valor”: 355
}

Step 6: APP MOBILE

Escolhemos uma tecnologia híbrida para gerar um código reutilizável para todas as plataformas (Android e IOS) para aumentar a abrangência de usuários e diminuir o custo do projeto. O Ionic é um framework que possui uma gigantesca biblioteca de componentes gráficos que facilita a implementação visual do aplicativo. Ele utiliza de linguagens web (HTML, CSS e Javascript) para a criação das telas e tem o Angular como o seu núcleo (core). Através do cordova (biblioteca javascript) os recursos do dispositivos são acessados pelo webview do mesmo.

O aplicativo consiste em realizar algumas requisições para a API do sistema a fim de se obter informações sobre a umidade do solo e regar o mesmo remotamente. Através de um evento de botão uma requisição é enviada para o servidor e a ação correspondente é realizada.

Links:

O código fonte do aplicativo modelo encontra-se no GitHub, no endereço https://github.com/jeordanecarlosbatista/temperat...

Para que o aplicativo funcione basta configurar o endereço da API no arquivo server.ts que encontra-se no diretório /src/entity/server.ts( https://github.com/jeordanecarlosbatista/temperat... ) e alterar a variável URI_PREFIX, conforme exemplo abaixo para o endereço onde está hospedada a API:

export class Server {    
	public static readonly URI_PREFIX : string = "http://serverless-study.appspot.com/api/v1/"; 
	/* public static readonly URI_PREFIX : string = "http://dominio.com/aplicacao/"; */
}