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Internet das Coisas e a Plataforma Radiuino
Professor BRANQUINHO
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver do Radiuino• Raspberry PI
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver Radiuino• Raspberry PI
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccO que é Internet das Coisas?
• O que são coisas?– De forma simplista é tudo que não fala, não vê e não escuta!
• O que não está na internet ainda?– As coisas
• Necessidade de monitoração e controle através do 3T:– Telemetria– Telecomando– Telesupervisão
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www.radiuino.ccMonitorar e Controlar
• Processos industriais• Residências• Saúde• Bem estar• Ambiente• Socorro• Cidades inteligentes• etc
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccO que é Internet das Coisas
• Internet das Coisas (Internet of Things) é o próximo passo no acesso à informação
• As informações não estão só com “as pessoas”. Mas também “nas coisas”.
• Comunicação Pessoa-Pessoa (P2P)• Comunicação Pessoa-Máquina (P2M)• Comunicação Máquina-Máquina (M2M)
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www.radiuino.ccMudanças com a IoT
• Vai mudar o mundo como vemos hoje;• A Internet foi um divisor de águas;• A IoT é a nova evolução da Internet;• A IoT potencialmente fará uma divisão de águas, talvez maior ainda que a Internet para as pessoas;
• Nos tornará mais proativos e menos reativos.
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www.radiuino.cc
Quem se preocupa com a IoT?
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccRSSF Cria Nova Dimensão
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccQual o tamanho da IoT
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www.radiuino.ccEvolução das Coisas
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Cisco
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www.radiuino.ccÁreas da IoT
• Hoje são redes esparsas;
• Vão se interligar;• Aumento de segurança, análise e gerência.
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www.radiuino.ccPapel da Comunicação
• Evoluímos porque nos comunicamos;• O foco era a comunicação entre as pessoas;
• O progresso do ser humano se deu por meio da comunicação;
• Compartilhamento de conhecimento;• O próximo passo é o compartilhamento de informações sobre as coisas;
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www.radiuino.ccPirâmide
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Dados brutos dos processos
Dados processados viram informação.Volume de dados identifica tendências
e padrões.
Tendências e padrões de várias fontesvira conhecimento.
Sabedoria nasce do conhecimento maisexperiência. Capacidade de decidir.
A IoT aumenta dramaticamente a quantidade de dados.Quanto mais dados, mais conhecimento e mais capacidade de decidir
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www.radiuino.ccPorque IoT é Importante
• Compartilhamento de informação• População cresce• Necessidade e cuidar da terra e seus recursos• Mais saúde• IoT: sensoriar, coletar, transmitir, armazenar e distribuir em massa
• Geração de conhecimento e sabedoria para prosperar
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www.radiuino.ccQuestões da IoT
• IPv6 – mais endereços com gerência e auto configuração
• É possível colocar a IoT com IPv4, com estratégias apropriadas de gerência
• Energia para os sensores – harvest• Padrões bem definidos e práticas para uso• Gerência das redes é um ponto chave
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www.radiuino.ccComo Vira Negócio
• O dinheiro só é colocado onde tem valor agregado;
• Aumento de produtividade;• Economia nos processos;• Sustentabilidade;• Escala;• Customização.
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www.radiuino.cc
Sobreposição da Internet das Coisas com outras áreas
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www.radiuino.ccNegócios
• http://www.businessweekly.co.uk/hi-tech/12530-wireless-sensor-networks-faces-challenges-to-reach-2bn-target
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www.radiuino.cc
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www.radiuino.cc
Cenário de negócios com a IoT
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www.radiuino.ccCrescimento de Dispositivos
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www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver Radiuino• Raspberry PI
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www.radiuino.cc
Como se implementa a Internet das Coisas?
• Conjunto de diferentes ambientes• Pensar em uma estrutura genérica com todos os elementos possíveis
• Entender a função de cada elemento• Entender o papel da rede de sensores sem fio (RSSF) como um elemento fundamental
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www.radiuino.ccMultidiciplinar
• A rede deve atender aplicações específicas• Vários conceitos diferentes devem ser tratados• Altamente customizada• Várias questões em aberto:
– Propagação– Cross layer– Consumo
• Necessidade de Gerência dos dados e da rede• Muita simulação e poucos trabalhos práticos• Não é plug and play• Na essência é uma rede de dados e a utilização de uma
pilha de protocolos é necessário25
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www.radiuino.ccArquitetura de uma RSSF
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Sensores (ou Nós)
Gateway
Rede
Servidor de Aplicação
Servidor de Dados
Usuário
Gerência
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www.radiuino.ccSensor
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Microcontrolador Transceptor
Antena
AtivoTransdutor
Ação
Energia
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www.radiuino.ccCaracterísticas de Protocolo
• Necessidades específicas de aplicação devem ser analisadas– Alcance– Taxa– Confiabilidade– Segurança– Gerência– Entre outros
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www.radiuino.ccGateway
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RSSF Internet
Módulo de Comunicação
Sem Fio
Módulo de Comunicação Ethernet
Microprocessador
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www.radiuino.cc
Pilha TCP/IP
Funcionamento Lógico do Gateway
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HardwareRSSF
HardwareInternet
Sistema Operacional
Protocolo de Integração
Pilha RSSF
Protocolo Aplicação RSSF
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www.radiuino.ccProtocolo de Integração
• Simple Network Management Protocol
SNMP
• Integração via serviço Web
Web Service
• HyperText Transfer Protocol
HTTP
• Protocolo de indústria
Modbus
• Protocolo sobre socket com formato proprietário
Proprietário
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www.radiuino.ccServidor de Aplicação/Dados
• Disponibilização de aplicação para a Internet– Gráficos– Tabelas
• Modelo de banco de dados é fundamental• Desafio: Big Data
– Muitos dados– Muito processamento– Pouca Informação
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccInterface com Usuário
• A partir do servidor de aplicação, devem ser construídas as interfaces de usuário
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Web
iOS
Android
Aplicação Desktop
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www.radiuino.ccGerência
• Fundamental• Deve ser projetada pensando nos cinco pilares estabelecidos pela ISO
• Configuração• Desempenho• Falha• Segurança• Contabilidade
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www.radiuino.ccConfiguração
• Endereçamento dos sensores• Frequência de operação• Função dos nós sensores• Conexão lógica física• Especificação dos transdutores• Especificação dos atuadores• Planejamento• Cobertura
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www.radiuino.ccDesempenho
• Indicadores de desempenho• Medidas de parâmetros como RSSI, tensão de bateria, etc
• Estatísticas de funcionamento• Detectar anomalias na rede• Medir taxa efetiva de comunicação• Medir latência• Disponibilidade
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www.radiuino.ccFalha
• Detectar condições anormais• Diagnóstico do que levou a falha• Atuação para correção• Acompanhamento de solução do problema• Ações preventivas para evitar falha• Erro de roteamento
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www.radiuino.ccSegurança
• Proteção da informação• Proteção da integridade dos comandos• Proteção da integridade física da RSSF• Proteção física da rede
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www.radiuino.ccContabilidade
• Medida do uso da rede• Valor da rede no negócio• Ganho com a rede• Valor do histórico acumulado• Previsão de rendimento
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www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR e Raspberry PI• Exemplo de aplicação
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www.radiuino.ccArquitetura Básica
• Vários sensores• Dados escoam para um gateway• Novos paradigmas de comunicação
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www.radiuino.ccPilha e Planos
• Visão completa
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www.radiuino.ccPilha de Protocolos
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PHY
MAC(Enlace)
NET
TRANSP
APPFunções ligadas ao desenvolvimento das aplicações diretamente, como medidas de grandezas e controle de processos.
Funções de controle da comunicação como ACK, contagem de pacotes, disciplina de transmissão.
Identificação do sensor e rede contemplando funções para tratamento de roteamento de pacotes na rede.
Funções para controlar os processos de recepção e principalmente transmissão. Política de economia de energia.
Funções relacionadas com a parte de rádio como: potência, canal. Possível evoluir para alterar outras características do rádio.
Espelho TCP/IP
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www.radiuino.ccCross Layer
• Comunicação sem fio é instável
• Impacto nas camadas superiores
• Estratégias para combater instabilidade
• Operação em diferentes frequências– 433MHz– 915MHz– 2,4GHz
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www.radiuino.ccBandas Não Licenciadas
ExtremelyLow
VeryLow
Low Medium High VeryHigh
InfraredVisibleLight
Ultra-violet
X-Rays
Audio
AM Broadcast
Short Wave Radio FM Broadcast
Television Infrared Wireless LAN
Cellular (840 MHz)NPCS (1.9 GHz)
UltraHigh
SuperHigh
902–928 MHz
26 MHz
802.15.4
902–928 MHz
26 MHz
802.15.4
5 GHz
802.11
802.16
5 GHz
802.11
802.16
2.4–2.4835 GHz
83.5 MHz
802.11
802.15
2.4–2.4835 GHz
83.5 MHz
802.11
802.15
No Brasil – 902-907,5 e 915-928
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www.radiuino.cc
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Interferências
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www.radiuino.cc
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PropagaçãoAtenuação no Espaço Livre
Distância 10m
Freq 9,15E+08HzComp onda 0,33mAten dB 51,67 dB
Distância 10m
Freq 2,40E+09Hz
Comp onda 0,13m
Aten dB 60,05 dB
=
λ
πdL
dBEL
4log20
Atenuação
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www.radiuino.ccAntenas
• Negligência com relação a antenas• Escolha do tipo adequado
– Omnidirecional– Setorial– Direcional
• Escolha do local da antena
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www.radiuino.ccSurvey
• Medida do espectro• Avaliar cobertura• Planejamento• Implantação• Avaliação regular do survey orientado pela ferramenta de gerência
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www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver Radiuino• Raspberry PI
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www.radiuino.ccSistemas Existentes
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www.radiuino.ccEstrutura de Comparação
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Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Cam
ada de Gerência
Cam
ada de Segurança
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www.radiuino.ccWiFi
• Aplicação• Estruturação de Protocolo
– PHY:– MAC:– NET:
• Arquitetura Padrão• Operação de Rede
– Gerência– Comissionamento– Provisionamento
• Problemas
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www.radiuino.ccWiFi
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccZigBee
• Aplicação: Low-power WSN, padronização de interoperabilidade
• Estruturação de Protocolo– PHY&MAC: 802.15.4, 2.4GHz– APP: ZigBee Lighting, ZigBee Smart Energy, ZigBee
Home Automation, entre outros...• Arquitetura Padrão: Cluster-tree• Operação de Rede
– Gerência: Nenhuma– Comissionamento: Não definido no padrão– Provisionamento: Não definido no padrão
• Problemas– Frequência de operação– Operação da rede indefinida– Necessidade de customização (perda de
interoperabilidade)
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www.radiuino.ccZigBee
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccRFID
• Aplicação: cadeia de suprimentos, identificação de ativos
• Estruturação de Protocolo– EPC Global– ISO (NFC)– RFID Ativo (proprietário)
• Arquitetura Padrão: Leitor + Tag, eventualmente com infraestrutura
• Operação de Rede– Gerência: Não se aplica– Comissionamento: Simples– Provisionamento: Não se aplica
• Problemas– Alcance restrito– Pouca capacidade de processamento
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www.radiuino.ccBluetooth
• Aplicação: Piconet, conectividade de dispositivos com altas taxas de dados
• Estruturação de Protocolo– PHY&MAC: 802.15.3, Frequency Hopping, 2,4GHz– NET: até 8 devices por Piconet
• Arquitetura Padrão: Master-Slave (até 8 slaves)• Operação de Rede
– Gerência: Nenhuma– Comissionamento: pareamento– Provisionamento: não previsto
• Problemas– Endereçamento restrito– Frequência em 2.4GHz– Baixo alcance
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccBluetooth
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccWirelessHART
• Aplicação: Rede de Sensor Sem Fio Industrial
• Estruturação de Protocolo– PHY&MAC: 802.15.4 – NET:– APP: Comandos HART
• Arquitetura Padrão• Operação de Rede
– Gerência– Comissionamento– Provisionamento
• Problemas
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccWirelessHART
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccISA100.11a
• Aplicação• Estruturação de Protocolo
– PHY:– MAC:– NET:
• Arquitetura Padrão• Operação de Rede
– Gerência– Comissionamento– Provisionamento
• Problemas
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www.radiuino.cc
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc6LoWPAN
• Aplicação: IPV6 para tiny devices• Estruturação de Protocolo
– PHY&MAC: 802.15.4– NET: Compressão de cabeçalhos IP
• Arquitetura Padrão• Operação de Rede
– Gerência– Comissionamento– Provisionamento
• Problemas
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www.radiuino.cc6LoWPAN
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Camada Física
Camada de Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
802.15.4
Protocolos de Aplicação
IPv66LoWPAN
UDP ICMP
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www.radiuino.ccGSM/GPRS
• Aplicação: comunicação celular para voz, adaptada para dados
• Estruturação de Protocolo– PHY&MAC: GSM Quadriband– NET: TCP/IP
• Arquitetura Padrão• Operação de Rede
– Gerência: Operadora– Comissionamento: SIM Card– Provisionamento: ERB celular instalada pela operadora
• Problemas– Preço– Infraestrutura ruim, com pouca qualidade de serviço– Foco em usuário de voz (corte de portadora de dados)
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccGSM/GPRS
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArquiteturas - Industrial
• Radiuino + Gateway Modbus
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Tabelas de Registros
RS485
Interface Web
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www.radiuino.ccArquiteturas – TCP/IP
• Radiuino + SNMP
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MIB
Gerente SNMP OID
TCP/IP
Software Desktop
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArquiteturas - HTTP
• Radiuino + HTTP
70
DaemonHTTP
Intranet
HTTP POSTServidor HTTP
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArquiteturas - Hospedagem
• Radiuino + XML
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XML Renderer
XMLWeb
Service
Internet
Front-end Customizado
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www.radiuino.cc
Arquiteturas – Automação Residencial
• Radiuino + jHome
72
Central Arduino
Glassfish
MySQL
TCP/IP
Front-end WebAndroid
iOS
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArquiteturas - Driver
• Radiuino + Driver ScadaBR
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Serial-Transparente
RS485
Interface Web
Driver Radiuino
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver Radiuino• Raspberry PI
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc
Engessamento das Plataformas Existentes!
• As plataformas atuais para montagem de rede de sensores são engessadas;
• Praticamente não permitem alterar características de nenhuma camada;
• Necessidade de adquirir programadores específicos para cada plataforma;
• Não possui ferramentas de gerência de rede para monitoração dos nós.
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www.radiuino.cc
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Padrão 802.15.4
• Primeira versão saiu em 2003 e uma revisão em 2006 e 2011
• Várias soluções no mercado– Texas– Microchip– Freescale– Crosbow– Etc
• Necessita de desenvolvimento de firmware para atender necessidades das aplicações
• Como toda solução 802 somente especifica até a camada MAC
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc
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MAC e Rede
• Os Fabricantes criaram sua própria MAC
• Texas criou o SimpliciTI• Freescale criou a SMAC• Microchip criou a WiMi• Estas MAC não são
interoperáveis• Necessidade de protocolo
de roteamento• Falta de gerência
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccCamada Física 802.15.4
• Compliant with IEEE 802.15.4-2011, 2006 and 2003• 2.4 GHz IEEE 802.15.4 transceiver with: Direct Sequence
Spread Spectrum (DSSS) PHY, 250 kbps data rate, andOQPSK modulation with half-sine pulse shaping
• 4-wire SPI• Sensitivity @ 1% PER of -85 dBm• Receiver Maximum Input Level -20 dBm• Output Power (Lowest Maximum) -3 dBm
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www.radiuino.cc802.15.4g
• smart metering utility network (SUN)• Somente camada física
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www.radiuino.cc
80
A Barreira do IDE
• Para trabalhar com os IDE disponíveis existe necessidade de uma especialização
• Necessidade de conhecimentos da área de computação
• Dificuldade para outras áreas, como engenharia elétrica
• Algumas ferramentas de desenvolvimento devem ser compradas
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccZigbee
• Pilha pronta sem possibilidade de alteração para pesquisa e ensino;
• Dificuldade para saber como funciona a rede.
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccNós Zigbee Completo
• Complexidade dos nós sensores incompatível para a maior parte das aplicações. Como por exemplo só medir temperatura ou ligar um relé.
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArduino, Radiuino e ScadaBR
• Possibilidade de implementar a IoT de forma experimental
• ‘Do-it-Yourself’ (DiY)
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccComo entrar na IoT
• Computador• Rede local• Internet• Protocolos• Base de dados• Comunicação• Sensores
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www.radiuino.ccArduino
• Ambiente de desenvolvimento de fácil utilização• Totalmente aberto, inclusive o projeto de hardware
• Proposta para ser utilizado por profissionais não especializados, como designers
• Fenômeno de penetração
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccIEEE Spectrum
• Interessante reportagem sobre a origem do Arduino;
• Quebra de paradigma para uso de microcontroladores;
• Alta capacidade de prototipagem para prova de conceito;
• A simplicidade é a chave do sucesso do Arduino!
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccO que é o Arduino?
• Uma plataforma para prototipação e desenvolvimento de hardware e software
• Mais importante: é Open Source
• Hardware barato• Software simples (baseado na linguagem
Wiring e IDE Processing)• Diversas aplicações já desenvolvidas
�Público alvo:�Hobbistas, artistas, técnicos, estudantes ...
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www.radiuino.ccExemplos de hardware
Arduino Uno Arduino Mega Arduino Nano
Arduino Ethernet Arduino LilyPad
Muitos outros hardwares não oficiais Arduino-Like
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccDivulgação em Meio Acadêmico
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccCompatíveis Arduino
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccAbstração do microcontrolador
• O Arduino apresenta sua pinagem própria que abstrai o microcontrolador
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccExemplo Simples
• Ligação de um led no Arduino
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccPlataforma Arduino
• Plataforma aberta www.arduino.cc• Hardware básico• IDE (Integrated Development Environment)• Cria conjunto de comandos específicos para realizar alguma tarefa
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccArduino e redes sem fio
• Hardwares que englobam apenas a parte de Rádio• Hardwares que incluem o Rádio e o microcontrolador
Chinês
Feito no Brasil
Espanha
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www.radiuino.cc
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Motivação para Criar uma Nova Plataforma
• Muita dificuldade na implementação de rede de sensores sem fio;• Plataformas complexas: Freescale, Texas, Microchip, etc;• Necessidade de monitoração e controle de processos é cada vez
maior;• Existe um nicho de desenvolvedores que necessitam de uma
plataforma completa:– Hardware– Firmware– Software
• RSSF necessita de grande interdisciplinaridade e a parte de programação
• IDE dificulta desenvolvimento de projetos para profissionais e estudantes que tem uma aplicação a ser entendida
• Utilização de uma plataforma aberta de fácil uso: ARDUINO
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc
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Radiuino
• Plataforma para formação de rede de sensores• Principalmente para ensino e pesquisa• Logo
– Ideia de conectividade– Intuitivo– Associação com Arduino pela facilidade
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc
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Objetivos da Plataforma Radiuino
• Criar uma plataforma fácil de ser utilizada para pequenas redes de sensores;
• Arquitetura estruturada prevendo as funções necessárias para a criação de rede de sensores fim-a-fim – Do processo a ser monitorado/controlado até o PC ou a Web;
• Hardware de baixo custo e facilmente encontrado• Possibilidade de desenvolvimento de hardware para aplicações
específicas;• Firmware estruturado com a identificação clara de onde inserir as
instruções desejadas;• Software de monitoração e controle para atender 3T (Telemetria,
Telecomando, Telesupervisão);• Integração com a Internet• Adaptado para a Internet das Coisas
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccVersões Radiuino
• Radiuino EzRF– Simples– Basta pensar na aplicação– Somente ajustes de RF
• Radiuino Stack– Montagem da pilha de protocolo– Atuação direta nas camadas– Para investigação de protocolos– Compatível com o RadiuinoEzRF
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccPronta para Radiuino
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www.radiuino.ccPlataforma Arduino/Radiuino
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www.radiuino.ccPlataforma Radiuino
• Hardware:– Microcontroladores AVR Atmel– Circuito de RF CC1101 Texas Instruments– Placas de adaptação e kits de desenvolvimento
Sensor e Base do início do projeto
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccDiagrama em Blocos
102
Sensor Base ComputadorUSB
• Configuração básica– Computador, mas pode ser Web também– Uma base conectada via USB a um computador ou Ethernet para
ligar em rede– Um sensor:
• Transceptor• Microcontrolador• Transdutores• Atuadores• Bateria
IDCanal
PotênciaOffset de Freq
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccPilha de Protocolos
• O desenvolvimento do firmware teve como base a pilha TCP/IP com cinco camadas
• O desenvolvimento das aplicações devem respeitar esta arquitetura de pilha de protocolos
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TRANSP
APP
PHY
MAC
NET
PHY
MAC
NET
TRANSP
APP
SensorPC
Base
USB
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccProjetos de Pesquisa
• Desenvolvimento de MAC para WSN funcionando com RoF;
• Roteamento geográfico;• Esquemas de localização;• Técnicas para economia de energia com sleep mode
• Gerência SNMP para WSN• Diferentes técnicas de Gateway
104
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccO que precisa saber
CanalPotência
105
Sensor Base ComputadorUSB
Taxa USB
495051 2 1 0
210 49 50 51
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccMapa do Pacote
106
• Frame com 52 bytes
– Phy – 4 bytes
– MAC – 4 bytes
– Net – 4 bytes
– Transporte – 4 bytes
– Seis AD com 3 bytes cada um
– Seis I/O com 3 bytes cada um
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www.radiuino.ccOrganização do Projeto
• Definição da aplicação - serve para chamar a atenção do treinando para a identificação de tudo que precisa ser feito. No caso será direcionado para uma aplicação de controle do relés (ventilador e luminária) através da medição de temperatura e luminosidade. Será utilizado o DK103
• Projeto do hardware - mostra em detalhe o DK103, inclusive o projeto da placa, identificando os pinos físicos do BE900, onde vão ligados os sensores e atuadores
• Projeto do firmware - apresentação da plataforma Arduino/Radiuino.
– Identificação dos IO e AD – basicamente o mesmo que ser faz no Arduino
– Identificação do mapeamento dos IO e AD no pacote de 52 bytes do Radiuino
– Configuração do rádio
• Projeto do software – criar uma aplicação com o ScadaBR, instalado no Raspberry PI
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www.radiuino.ccAplicação
• Controle de ventilador e luminária (eles estão ligados nos relés)
• Comandado por duas variáveis
– Temperatura
– Luminosidade
• Condições
– Se a temperatura estiver acima 31°C (por exemplo) temperatura o relé (ventilador) é acionado;
– Quando a temperatura for abaixo de 31ºC o ventilador é desacionado;
– Se a luminosidade estiver abaixo de 100 (por exemplo) o outro relé (luminária) é acionado ;
– Quando a luminosidade for acima 100 a luminária é desacionada;
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www.radiuino.ccProjeto Hardware
• Será utilizado o DK103
• 2 BE900– Atmega328
– Transceptor
• 1 USB-Serial– Função de programar
– Função de base
• 1 placa com:– 2 Relés
– LDR
– Sensor temperatura
– 3 leds
• Fonte 12 Volts
• Cabo USB
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www.radiuino.ccPlaca DK103
• Para exemplificar a utilização da plataforma foi desenvolvida uma aplicação com os seguintes elementos no sensor:
– Dois relés
– Um LDR
– Um Led
– Um transdutor de temperatura
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www.radiuino.ccProjeto de Hardware DK103
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www.radiuino.ccBE900
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• Módulo desenvolvido para ser compatível com a plataforma Arduino
• Opção de utilizar conector SMA para ligar antena externa
• Baixo custo e possibilita desenvolvimento de aplicações
• Fabricante: www.radioit.com.br
• Atende especificações para certificação pela ANATEL
• Pino compatível TX/RX e alimentação com XBee
MicrocontroladorMicrocontrolador• Atmega368 (8 bits, 8 MHZ)• 32k Flash• 512 EEPROM• 1k RAM
TransceptorTransceptor• CC1101• 915MHz• Potência TX 10dBm• Excelente Sensibilidade• Diferentes Modulações• Mudança da Taxa
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www.radiuino.ccBE990
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• Módulo desenvolvido para ser compatível com a plataforma Arduino
• Opção de utilizar conector SMA para ligar antena externa
• Alta potência (0,5 Watts) para atingir kilômetros
• LNA para aumenta eficiência na recepção
• Baixo custo e possibilita desenvolvimento de aplicações
• Fabricante: www.radioit.com.br
• Pino compatível TX/RX e alimentação com XBee
MicrocontroladorMicrocontrolador• Atmega368 (8 bits, 8 MHZ)• 32k Flash• 512 EEPROM• 1k RAM
TransceptorTransceptor• CC1101 e CC1190• 915MHz• Potência TX 27dBm (0,5Watts)
• Excelente Sensibilidade• Diferentes Modulações• Mudança da Taxa
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www.radiuino.ccProjeto Firmware
• Para desenvolver o firmware é utilizado o
ambiente do Arduino/Radiuino encontrado em www.radiuino.cc
• Deve ser feito o mapeamento dos pinos físicos nos pinos lógicos
• Pinos lógicos são utilizados no firmware
que deve ser desenvolvido – Arduino
• Mapeamento dos pinos lógicos no pacote do Raduino
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www.radiuino.ccDefinição de Pinos
• Existem dois tipos de pinos: físico e lógico
• Os pinos físicos são do hardware e os pinos lógicos são
do firmware
• Deve existir um mapeamento dos pinos físicos nos pinos
lógicos
• O pino físico é aquele em que vai soldado o transdutor ou atuador
• Para o DK103 temos os seguintes elementos
– Relés
– Led´s
– LDR
– Sensor de Temperatura
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www.radiuino.cc
Pinagem física e lógica DK103
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www.radiuino.ccFirmware da base
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Colocar o valor marcado no
BE900
Manter
Manter
Manter
Manter
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www.radiuino.ccFirmware da base
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• Para fazer upload na placa é preciso seleciona a Board: BE900 (3.3V, 8MHz) w/ ATmega328
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www.radiuino.ccFirmware do sensor
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• Utilizar o exemplo RadiuinoEzRF_ScadaBR_DK103.
• O BE900 ligado na placa DK103 recebe por RF o pacote de 52 bytes, verifica o conteúdo e transmite um outro pacote de 52 bytes para o módulo Base.
• Faz a medida de temperatura e luminosidade.
• Verifica se é preciso acionar os relés.• Faz a leitura do estado dos pinos digitais.
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www.radiuino.ccFirmware sensor
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Somente quando o ScadaBRmandar no byte 43 o valor 1,
o estado do pino onde está o relé é trocado
Comando para ler o estado do pino (para
sabermos se o relé está acionado ou
não) e coloca este
valor no byte 44 no pacote do sensor
• Na aba RX, ocorre o tratamento do pacote da Base, para verificar se é necessário o acionamento/desacionamento relés
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www.radiuino.ccFirmware sensor
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• Fazer a medição do AD e enviar esta informação
para base
• Observar que a leitura é feita no pino lógico
AD0_PIN
• O AD é de 10 bits e portanto vai precisar de dois
bytes
• No caso o inteiro vai na variável AD0[1] que é o byte
17 e o resto vai na variável AD0[2] que é o byte 18
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www.radiuino.ccFirmware do sensor
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• Para fazer upload na placa é preciso seleciona a Board: BE900 (3.3V, 8MHz) w/ ATmega328
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www.radiuino.ccMontar a Rede
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www.radiuino.ccTeste de Conectividade
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www.radiuino.ccVárias Soluções
• Radiuino WiFi• Radiuino Bluetooth• Radiuino GPS• Radiuino Consumo• Radiuino Motor• Radiuino RFID• Radiuino ModBus• Radiuino Solar
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www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR – driver Radiuino• Raspberry PI
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www.radiuino.ccScadaBR
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www.radiuino.ccScadaBR
• Open source• Fácil de utilizar• Vários tipos de drivers inclusive• Versão 1.0 vem com o driver para Radiuino
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www.radiuino.ccExemplo
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www.radiuino.ccElaborar a aplicação
• Utilizar o ScadaBR para fazer o
monitoramento (temperatura e luminosidade) e controle (luminária e ventilador) utilizando o DK103;
• Para isso é preciso utilizar o driver
Radiuino;
• Criar no ScadaBR as condições de controle.
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www.radiuino.ccCriar Aplicação no ScadaBR
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Acessar no browser: Localhost:8080/ScadaBR
http://xxx.xx.xx.xx:8080/ScadaBR/
User id: adminPassword: admin
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www.radiuino.ccCriar Aplicação no ScadaBR
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www.radiuino.ccCriar Data Source
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www.radiuino.ccCriando Data Source
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• Nomear o Data source;• Escolher a porta COM;
• Configurar Modo polling(SIM);
• Configurar período de
atualização;• Depois salvar o Data
Source;
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www.radiuino.ccCriando Data points
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www.radiuino.ccCriando Data points
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www.radiuino.ccCriando Data Points
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www.radiuino.ccRadiuino Modo Avançado
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www.radiuino.ccCriando Data Source Meta
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• O Meta data source tem esse nome por sua capacidade de combinar pontos existentes em novos. Ao invés de obter sua informação de uma fonte externa, utiliza valores de outros pontos e permite manipulação de maneiras arbitrárias pelo usuário.
• Com ele é possível criar 2 data points: Controle_temperaturae Controle_luminosidade.
• O data point Controle_temperatura contém o script de acionamento do ventilador se a temperatura passar de 31ºC.
• O data point Controle_luminosidade contém o script de acionamento da luminária se a luminosidade passar de 100.
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www.radiuino.ccCriando Data Source Meta
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www.radiuino.cc
Criando Data Points - Data Source Meta
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Script no ScadaBR:
if(p194.value==0)
if(p191.value>=31)
return true;else
return false;else
if(p191.value>=31)return false;
elsereturn true;
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www.radiuino.cc
Criando Data Points - Data Source Meta
142
Script no ScadaBR:
if (p15.value == 1)if(p13.value == 0)
if(p8.value <=100)
return true;else
return false;else
if(p8.value<=100)
return false;else
return true;
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www.radiuino.ccCriando Point link
143
• Point links são utilizados para atualizar o
valor de pontos baseados no valor de outros pontos.
• Os datapoints Controle_temperatura e
Controle_luminosidade vão atualizar os datapoints Comando Relé 1 e Comando
Relé 2.• Com isso, o ScadaBR mandar o comando
de acionamento/desacionamento do módulo
sensor.
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccCriando Point link
144
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccWatch List
145
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccInterface Gráfica
146
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccTópicos
• O que é a Internet das coisas• Como se implementa a Internet das Coisas• Rede de Sensores Sem Fio – RSSF• Soluções de RSSF existentes• Plataforma Radiuino• ScadaBR• ScadaBR no Raspberry PI
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Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.cc
Diagrama em blocos do sistema
148
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www.radiuino.cc
WiFi – Raspberry PI – Nó Sensor
149
Radiuino – All Rights Reserved 2011
www.radiuino.ccOutros Gateways
• Roteador sem fio – SNMP• Roteador sem fio – Apinae• Arduino com shield Ethernet – SNMP• Arduino com shield Ehternet - HTTP
150
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www.radiuino.cc
151
Como baixar e onde comprar
• O firmware do Radiuino pode ser baixado do site www.radiuino.cc
• Para comprar o hardware– Site Chinês www.seeedstudio.com– Sites Brasileiro – www.radioit.com.br– www.robocore.com.br– Em breve loja.radiuino.cc
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www.radiuino.cc
152
Obrigado!Prof. Dr. Omar Carvalho Branquinho