Uso de uma rede LoRaWAN em um sistema de ... - UFPEtg/2019-1/TG_EC/tg-mhpr-final.pdfUniversidade Federal de Pernambuco Centro de Informática (Cin-UFPE) Graduação em Engenharia da

Universidade Federal de PernambucoCentro de Informática (Cin-UFPE)

Graduação em Engenharia da Computação

Uso de uma rede LoRaWAN em umsistema de gerenciamento de lixo

Matheus Henrique Pinto Ramos

Trabalho de Graduação

Recife02 de junho de 2019

Universidade Federal de PernambucoCentro de Informática (Cin-UFPE)

Matheus Henrique Pinto Ramos

Uso de uma rede LoRaWAN em um sistema degerenciamento de lixo

Trabalho apresentado ao Programa de Graduação em En-genharia da Computação do Centro de Informática (Cin-UFPE) da Universidade Federal de Pernambuco como re-quisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em En-genharia da Computação.

Orientador: Adriano Augusto de Moraes Sarmento

Recife02 de junho de 2019

Dedico este trabalho aos meus pais que sempre meapoiaram e aos meus sobrinhos, Luisa, Luis Eduardo e

Rafael

Agradecimentos

Gostaria de agradecer primeiramente a Deus por me dar paciência e forças para nuncadesistir.

Aos meus pais por sempre me apoiarem e nunca duvidarem da minha capacidade, as minhasirmãs Paloma e Louise por todo o apoio dado.

Gostaria de agradecer ao professor Adriano Sarmento por aceitar ser meu orientador e estarsempre disponível para tirar dúvidas e aconselhar.

E aos amigos da faculdade, em especial a Pedro Esposito, Gabriel Lima e Caio Burgardtpela parceria ao longo dos últimos anos, e que sempre estiveram a disposição para ajudar.

Gostaria de agradecer também a João Paulo e Bruno pela oportunidade e confiança que mederam de trabalhar com aquilo que mais gosto em um lugar em que está constantemente medesafiando.

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“It’s the oldest story in the world. One day you’re 17 planning for somedayand then quietly, without you ever noticing, someday today. And then

someday yesterday. And this is your life.”—NATHAN SCOTT (One Tree Hill)

Resumo

Em IoT, frequentemente se faz necessário a transmissão de informações e dados, porémem grande parte das vezes os sistemas estão embarcados e precisam fazer o racionamento deenergia pois devem funcionar durante dias e até anos sem ter que precisar de uma recargaou troca de bateria. Por isso, o uso de low-power wide-area network (LPWAN) se tornoupopular nesse meio, pois permite a comunicação sem fio de longa distancias por um baixocusto energético. O objetivo deste trabalho é implementar um sistema para o monitoramentoem tempo real do volume de lixo em lixeiras subterrâneas, esse sistema utilizará o LoRa paraenvio de informações de sensores a um gateway. O gateway, por sua vez, alimentará um bancode dados que será consumido por um aplicativo para exibição em tempo real dos volumes daslixeiras. O sistema foi implementado com sucesso e até a data que este trabalho foi escrito estáem funcionamento na Praça Alencastro em frente a prefeitura de Cuiabá.

Palavras-chave: IoT, Sistemas Embarcados, Comunicação via rádio, LoRa

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Abstract

In IoT, it is often necessary to transmit information and data, however in most cases thesystems are embedded and need to save energy because they should work for months or evenyears without having to recharge or replace the battery. Therefore, the use of the Low-PowerWide-Area Network became popular, because it allow a long-range communication with alow-power consumption. The objective of this work is to develop a system for the real-timemonitoring of the amount of garbage in a underground dumps, this system will use LoRa tosend sesnsor information to a gateway. The gateway, in its turn, will feed a database that willbe consumed by an application for a real-time display of the amount of garbage of the bins.The system was successfuly implemented and until the date that this work was written is inoperation in the Alencastro Square, in front of Cuiabá city hall.

Keywords: IoT, Enbedded Systems, Radio Communication, LoRa

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Sumário

1 Introdução 11.1 Contexto e Motivação 11.2 Objetivos 11.3 Estrutura do trabalho 2

2 Conceitos Básicos 32.1 LPWAN 32.2 LoRa e LoRaWAN 32.3 SPI 62.4 Criptografia AES 7

2.4.1 Funcionamento 7

3 Trabalhos relacionados 103.1 The Design and Implementation of Smart Trash Bin 103.2 Smart Waste Management using Wireless Sensor Network 11

4 Desenvolvimento do sistema 134.1 Arquitetura do Sistema 13

4.1.1 Visão Geral 134.1.2 Arquitetura de Hardware 13

4.1.2.1 Placa de Sensores 144.1.2.2 Gateway 18

4.1.3 Arquitetura de Software 194.1.3.1 Placa de sensores 194.1.3.2 Gateway 194.1.3.3 Servidor 204.1.3.4 Apresentação 20

4.2 Funcionamento do Sistema 21

5 Testes e Experimentos 245.1 Placa de Sensores 245.2 Gateway 255.3 Servidor 27

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SUMÁRIO ix

6 Conclusão e Trabalhos Futuros 286.1 Conclusão 286.2 Trabalhos Futuros 28

Lista de Figuras

2.1 Comparativo de protocolos de rede sem fio com relação ao alcance e largura debanda 4

2.2 Topologia da rede LPWAN 52.3 Arquitetura da rede LoRaWAN 52.4 Esquema de conexão do protocolo SPI 72.5 Fluxograma do algoritmo AES 82.6 Estágios presentes na criptografia AES. A imagem (a) corresponde a Matriz de

substituição utilizada no estágio de SubBytes, e as imagens (b), (c), (d) e (e) sãoexemplos de funcionamento dos estágios SubBytes, ShiftRows, MixColumnse AddRoundKey respectivamente. 9

3.1 Diagrama de blocos Smart Trash Bin. Fonte: [Sam17] 103.2 Diagrama de blocos do Sistema de Gerenciamento de Resíduos proposto. Fonte:

[SMB16] 11

4.1 Visão geral do sistema. Na figura (a) o módulo de captação, composto pelaplaca de sensores (b) e gateway (c), seguido do módulo WEB (d) e do módulode apresentação (e). Fonte: Autor 14

4.2 Design da placa de sensores. Fonte: Autor 154.3 Arquitetura da placa de sensores. Fonte: Autor 164.4 Funcionamento do sensor ultrassônico. Fonte: Newton C. Braga, acessado

em Jun 2019, https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691. 16

4.5 Chip RFM95 utilizando paquímetro como referência. Fonte: Autor 174.6 Arquitetura do Gateway 184.7 Fluxograma da placa de sensores. Fonte: Autor 204.8 Fluxograma da arquitetura de software do gateway. Fonte: Autor 214.9 Telas do aplicativo para Android do módulo de apresentação. Sendo a imagem

(a), (b), (c) e (d) das telas principal, unidades, detalhes e alertas, respectiva-mente. Fonte: Autor 22

5.1 Tela de configuração do Raspberry Pi. Fonte: Autor 265.2 Teste do alcance da comunicação do gateway com a placa de sensores. O ponto

0, a esquerda, é a localização do gateway e o ponto final é a localização da placade sensores. Fonte: Autor 26

5.3 Teste de inserção de dados na tabela de eventos do banco de dados. Fonte: Autor 27

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https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691

Lista de Tabelas

2.1 Pinos básicos da conexão SPI 6

4.1 Especificação ATmega328p 154.2 Especificação do módulo JSN-SR04t 174.3 Especificação TP4056 184.4 Especificação Raspberry Pi 3 Model B 19

5.1 Característica do sistema da placa de sensores 25

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CAPÍTULO 1

Introdução

1.1 Contexto e Motivação

Um dos principais problemas ambientais no mundo hoje é a grande quantidade de resíduosgerados diariamente, de acordo com a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública eResíduos Especiais (Abrelpe), o Brasil produziu em 2015 79,9 milhões de toneladas de lixo emtodo o País, e esse número vem crescendo ano após ano [Fra18]. Por isso a coleta de lixo é umapreocupação para todas as prefeituras, pois quanto mais lixo nas ruas, mais vezes é necessáriaa coleta, e, consequentemente, maior o custo. Uma forma de economizar seria ter a certezaque os pontos de coleta estão, de fato, cheios, evitando viagens desnecessárias, economizandodinheiro, tempo, combustível e pessoal. Com a crescente popularidade da Internet das Coisas(IoT em inglês) em diversas áreas da tecnologia, fez-se necessário o desenvolvimento de umatecnologia de transmissão de dados que fosse capaz de suprir as necessidades de sistemas quepossuíam uma fonte de energia limitada. A low-power wide-area network (LPWAN) foi desen-volvida exatamente para esse propósito, permitir a comunicação sem fio de longas distâncias(chegando a 10 km dependendo da tecnologia aplicada) [Lin16] e uma baixa taxa de transmis-são (menos de 5 Kbps)[Lin16] a um custo energético extremamente baixo, aumentando a vidaútil da bateria[Lin16][Mel17].

Na literatura foram encontrados alguns trabalhos que fazem o monitoramento remoto delixo, porém, muitas vezes são sistemas que são difíceis de serem aplicados a um nível munici-pal, devido muitas vezes a restrição da tecnologia utilizada ou custo de produção.

1.2 Objetivos

O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de monitoramento de volume de umalixeira subterrânea. O sistema irá fazer a leitura do volume de lixo através de sensores presentesem sua tampa e enviará suas informações para um servidor de dados através do protocoloLoRaWAN, que será explicado com mais detalhes nos próximos capítulos. As informaçõescoletadas estarão disponíveis através de um aplicativo onde poderá ser visualizado a localizaçãoda lixeira e seu volume atual. Com essas informações as pessoas envolvidas poderão organizarmelhor horário de coleta de lixo, evitando viagens desnecessárias até o local.

Além disso, o sistema deverá ter um baixo custo de produção, baixo custo energético, poisserá instalado em lixeiras, portanto o fornecimento de energia será limitado, deverá ser es-calável, capaz de suportar dezenas de unidades utilizando apenas uma única conexão com ainternet.

1

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO 2

1.3 Estrutura do trabalho

Este trabalho está estruturado da seguinte maneira:

• Capítulo 2 - Apresenta alguns conceitos básicos para um melhor entendimento do traba-lho proposto

• Capítulo 3 - Traz alguns trabalhos relacionados ao tema deste projeto

• Capítulo 4 - Apresenta o sistema proposto em detalhes, desde sua arquitetura até osequipamentos utilizados

• Capítulo 5 - Apresenta os experimentos realizados para a validação do sistema proposto

• Capítulo 6 - Traz as conclusões e possíveis trabalhos futuros

CAPÍTULO 2

Conceitos Básicos

Neste capítulo serão apresentados alguns conceitos importantes para o entendimento dotrabalho proposto, conceitos como LPWAN, LoRa, SPI e AES serão explanados melhor naspróximas seções. O conceito de LPWAN é importante para entender melhor a tecnologia uti-lizada neste trabalho. O LoRa é a tecnologia utilizada neste trabalho para a transmissão dedados, portanto entender seu funcionamento será importante. O conceito de SPI é importantepara se entender como o LoRa se comunica com os microcontroladores ou microcomputado-res utilizados neste trabalho. E, por fim, o conceito de AES é importante pois é o algoritmoescolhido para fazer a criptografia da informação que será transmitida pelo LoRa.

2.1 LPWAN

Low Power Wide Area Network ou simplesmente LPWAN é uma tecnologia de comuni-cação sem fio de baixo custo energético, de longas distâncias e baixa taxa de transmissão, éaltamente utilizada em IoT para o envio de informações de sensores, a Figura 2.1 mostra umcomparativo do alcance e da largura de banda de algumas redes.

A rede LPWAN utiliza uma topologia do tipo estrela, ou seja, os nós da rede são conec-tados diretamente ao gateway, conforme pode ser visualizado na Figura 2.2, evitando assim aimplementação de um protocolo de roteamento, além disso os nós podem agir como repetido-res, aumentando, assim, a área de cobertura. Alguns exemplos de tecnologias que utilizam daLPWAN são Nwave, Ingenu, SigFox e LoRa que foi a tecnologia escolhida para este trabalho. OLoRa foi escolhido devido ao seu alcance e por ser mais popular do que as outras tecnologiasque também utilizam LPWAN, tendo vários chips disponíveis no mercado brasileiro, sendopossível encontrar chips a partir de R$40,00, enquanto um módulo SigFox pode ser encontradopor R$293,00.

2.2 LoRa e LoRaWAN

LoRa, abreviação de Long Range ou longo-alcance em português, é uma tecnologia de co-municação via radiofrequência que permite a comunicação a longas distâncias, como o próprionome sugere, podendo chegar a 4 Km em áreas urbanas e a até 15 Km em áreas rurais [nov],utilizando uma potência muito baixa, da ordem de 20dbm ou 100mW. Como dito anteriormentea LoRa é uma LPWAN portanto todas as características apresentadas anteriormente valem tam-bém para o LoRa. Ela se baseia em uma técnica conhecida como Chirp Spread Spectrum(CSS),uma técnica de aumento ou diminuição de frequência ao longo do tempo, bastante utilizada

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2.2 LORA E LORAWAN 4

Figura 2.1: Comparativo de protocolos de rede sem fio com relação ao alcance e largura debanda

há décadas em sistemas militares e de radares por possibilitar grande alcance e imunidade aruídos, mas que sempre envolveu sistemas muito críticos quanto a estabilidade de frequência ealtos custos. Com o avanço da tecnologia foi possível utilizar essa mesma técnica utilizando-secomponentes mais baratos, sendo a LoRa a primeira a ser desenvolvida para uso comercial.Vale observar que LoRa é a implementação da camada física de comunicação, ou seja, comoa informação é transmitida, enquanto a especificação lógica ou o protocolo utilizado para ser-vir de padrão para as comunicações que utilizam o LoRa recebe o nome de LoRaWAN. Esseprotocolo implementa todos os detalhes de funcionamento, segurança de dados, qualidade deserviços, além de servir de padrão para comunicação com gateways. A arquitetura da redeLoRaWAN consiste basicamente de módulos ou end-devices, gateways, servidores de rede eservidor de aplicação conforme mostrado na Figura 2.3.

Os end-devices são os elementos básicos da rede, formados basicamente de sensores, bo-tões, leitores de consumo etc. Os gateways são os responsáveis em receber os sinais enviadospelos end-devices. O servidor de rede é o responsável em receber as informações enviadas pelogateway e armazená-las em um banco de dados para que estejam disponíveis quando foremrequisitadas pelo servidor de aplicação, que são programas específicos que recebem os dadosdo servidor de rede e executam ações específicas, sejam elas de monitoramento, relatórios,controle etc. Com relação a frequência de operação cada país tem sua regulamentação quandose trata do espectro sub-GHz, mas que podem ser resumidos em dois grupos: os que seguem

2.2 LORA E LORAWAN 5

Figura 2.2: Topologia da rede LPWAN

Figura 2.3: Arquitetura da rede LoRaWAN

a Europa e utilizam a frequência de 868 MHz, e os que seguem os Estados Unidos, utilizandoa frequência de 915MHz[Lin16]. A legislação brasileira permite o uso de equipamentos deradiofrequência tanto na frequência utilizada na Europa como na dos Estados Unidos, contantoque obedeçam determinadas condições [dT18]. Outros parâmetros presentes na tecnologia Lo-RaWAN que influenciam sua transmissão são:

• Transmission Power(TP) - é a potência do sinal, pode ser configurado entre -4dbm e20dbm [BR17];

• Carrier Frequency(CF) - é a frequência central em que o rádio LoRa pode ser configu-rado, normalmente varia de 137MHz até 1020MHz com passos de 61Hz [BR17], masdependendo do chip utilizado pode ser limitado de 860 MHz à 1020 MHz

• Spreading Factor(SF) - define o número de chips por símbolo, um chirp é a mudançada frequência para mais ou para menos. Pode ser configurado de 6 a 12, quanto maior o

2.3 SPI 6

SF maior a sensitividade do receptor, aumentado o alcance e, consequentemente, aumen-tando o tempo de permanência no ar[BR17].

• Bandwidth (BW)) - é a largura da frequência na banda de transmissão, quanto maior alargura maior a taxa de transmissão e consequentemente menor o tempo de permanênciano ar, mas uma menor sensibilidade do receptor, portanto menor o alcance. Pode serescolhido entre 7.8 kHz até 500 kHz[BR17].

• Coding Rate(CR)) - o LoRa faz uso do Forward Error Correction (FEC) para superarpotenciais interferências, o CR é a taxa de FEC, podendo ser 4/5, 4/6, 4/7 ou 4/8, quantomaior o CR maior a robustez do sinal e maior o tempo de permanência no ar[BR17]

2.3 SPI

Serial Peripheral Interface (SPI) traduzido de modo livre como Interface Serial de Perifé-ricos no português, foi desenvolvido pela Motorola nos meados dos anos 1980 para ofereceruma interface simples e de baixo custo entre microcontroladores e chips e se tornou um pa-drão na indústria devido a sua simplicidade. É um protocolo de comunicação serial síncrono,ou seja, depende de um sinal de clock para sincronizar a comunicação entre os dispositivos,sendo denominado de Mestre o dispositivo gerador do sinal de sincronismo e escravo os de-mais dispositivos conectados. O protocolo SPI opera em full-duplex, ou seja, toda troca dedados acontece nas duas direções. São necessários apenas 3 fios mais 1 para cada escravo co-nectado, sendo eles denominados CLK, MISO, MOSI e SS, a tabela 2.1 abaixo traz o significadoe alguns nomes alternativos encontrados e logo em seguida na Figura 2.4 um esquema típicode conexão:

Tabela 2.1: Pinos básicos da conexão SPI

Pino Nome Significado Nome Alternativo

Do Master para o Slave MOSI Master Output Slave Input SDO, DO, SODo Slave para o Mater MISO Master Input Slave Ouput SDI, DI, SI

Clock SCLK Serial Clock SCK, CLKSeletor de escravo SS Slave Select CS, nSS, nCS

Como pode ser observado na Figura 2.4, todos os pinos MISO e MOSI dos escravos estãoconectados ao mestre, isso significa que todos os escravos “escutam” o que o mestre fala,mesmo que a mensagem tenha sido direcionada para um escravo em específico. Para evitarque todos respondam ao mesmo tempo existe o sinal SS. O sinal de SS funciona como Seleçãode Escravo (Slave Select). É um sinal ativo em nível baixo, o que significa que o dispositivoé selecionado quando este pino se encontra em nível baixo. No entanto, muitos dispositivosutilizam este sinal como sincronismo de frame [Sac14].

2.4 CRIPTOGRAFIA AES 7

Figura 2.4: Esquema de conexão do protocolo SPI

2.4 Criptografia AES

Advanced Encryption Standard, ou Padrão de Criptografia avançada no português, é umaespecificação de criptografia de chave simétrica estabelecida pelo Instituto Nacional de padrõese tecnologia (NIST) dos EUA em 2001[Sta01]. O AES foi adotado após a realização de umconcurso iniciado em 1998 para decidir qual seria o substituto do antigo padrão, o Data En-cryption Standard (DES) que estava ficando obsoleto. O AES faz parte do Rijndael, nomeoriginal dado pelos seus criadores, Vincent Rijmen e Joan Daemen, uma família de cifras comdiferentes chaves e tamanhos de blocos, sendo o AES a versão do Rijndael de comprimento dechave de 128, 196 ou 256 bits operando sobre um bloco de 128 bits.

2.4.1 Funcionamento

O AES opera sobre um arranjo de bytes de 4x4 posições denominado de matriz de estado.Para realizar a criptografia cada uma das rodadas do AES, exceto a última, passam por 4 está-gios, e a quantidade de rodadas depende do tamanho da chave, sendo 10 rodadas para a chavede 128 bits, 12, para a chave de 196 bits e 14 para a chave de 256 bits(imagem). Na imagem 2.5pode-se ver o fluxograma mais detalhado do funcionamento do AES e em seguida a descriçãode cada um dos estágios presentes no fluxograma.

• SubBytes - Neste estágio cada uma das posições da matriz de estado é substituída poroutro byte de uma matriz de substituição denominada de S-Box (Figura 2.6a)

• ShiftRow - Esta etapa opera nas linhas da matriz de estado, ela ciclicamente desloca alinha para a esquerda de acordo com um offset r, esse offset é definido de acordo com onúmero da linha (contando a partir do 0), portando 0 ≤ r ≤ 3, portando a primeira linhanão é deslocada pois seu offset é 0 (Figura 2.6c).


• MixColumns - Esta etapa opera nas colunas do estado, aqui cada coluna é multiplicadapor uma matriz (Figura 2.6d). Na última rodada esta operação não é realizada.

• AddRoundKey - Neste estágio é realizada uma operação de XOR do estado com umasub-chave de 128 bits gerada a partir da chave, e em cada rodada uma nova sub-chave égerada (Figura 2.6e).

Figura 2.5: Fluxograma do algoritmo AES


(a) S-Box

(b) SubBytes (c) ShiftRows

(d) MixColums (e) AddRoundKey

Figura 2.6: Estágios presentes na criptografia AES. A imagem (a) corresponde a Matriz desubstituição utilizada no estágio de SubBytes, e as imagens (b), (c), (d) e (e) são exemplos defuncionamento dos estágios SubBytes, ShiftRows, MixColumns e AddRoundKey respectiva-mente.

CAPÍTULO 3

Trabalhos relacionados

Neste capítulo será apresentado o estado da arte na área de sistemas de monitoramento deresíduos existente na literatura. Todos os trabalhos apresentados abaixo possuem em comumo desenvolvimento de um sistema para monitoramento de volume de lixo presente em umalixeira, mostrando o quão pertinente o objetivo proposto é na literatura.

3.1 The Design and Implementation of Smart Trash Bin

Neste trabalho Fady, 2017[Sam17] propõe um design de uma lixeira inteligente capaz demedir o volume de lixo presente através de sensores ultrassônicos instalados na parte superiorda lixeira. Faz uso da placa Arduino Nano, uma placa de prototipação baseada no microcon-trolador ATmega328, com suporte a comunicação serial através do USB e regulador de tensão5V. Além disso o design proposto utiliza um módulo GSM SIM900L para enviar SMS quandoa lixeira estiver cheia, e um LED para alerta visual. O sistema também utiliza um módulo desensor de movimento PIR para detectar quando a lixeira está sendo utilizada e é capaz de repro-duzir um arquivo de áudio armazenado em um cartão de memória, o qual também é utilizadopara armazenar as informações de uso da lixeira e de quando ela está cheia. O diagrama deblocos do sistema é apresentado na Figura 3.1 abaixo.

A principal desvantagem desse sistema se dá no uso do GSM para comunicação com ousuário, pois para cada unidade instalada deverá haver um chip GSM ativo com um pacotede dados, aumentando o custo de instalação. O sistema também possui muitos componentes,aumentando o consumo de energia.

Figura 3.1: Diagrama de blocos Smart Trash Bin. Fonte: [Sam17]

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3.2 SMART WASTE MANAGEMENT USING WIRELESS SENSOR NETWORK 11

3.2 Smart Waste Management using Wireless Sensor Network

Neste trabalho Tarandeep, Rita, Deepak, 2016 [SMB16], propõem um sistema de três ca-madas para o gerenciamento inteligente de resíduos(Figura 3.2), em que a primeira camadaconsiste em uma lixeira inteligente dotada de sensores ultrassônicos, acelerômetro, sensor deumidade e temperatura e um módulo ZigBee para comunicação com a segunda camada. A se-gunda camada consiste em um gateway que também possui um módulo ZigBee atuando comoum recebedor, e um módulo GPRS para envio das informações para a terceira camada, a estaçãode controle. A estação de controle é um servidor onde está presente o banco de dados respon-sável em armazenar as informações transmitidas do gateway, na estação de controle tambémestá presente uma página web para interação do usuário com o sistema.

Esse sistema possui uma arquitetura similar ao do trabalho proposto, tendo como diferençaa tecnologia de transmissão utilizado, o ZigBee. Apesar de também ser uma tecnologia detransmissão via radiofrequência, o ZigBee possui um alcance menor em relação à tecnologiautilizada neste trabalho, conforme pode ser visualizada na Figura 2.1 apresentada no capítuloanterior. Além disso o sistema proposto por Tarandeep et al. também utiliza o GPRS paracomunicação do gateway com o servidor, necessitando de um chip GSM ativo com pacote dedados para funcionar.

Figura 3.2: Diagrama de blocos do Sistema de Gerenciamento de Resíduos proposto. Fonte:[SMB16]

É possível perceber que ambos os sistemas utilizam-se de sensores ultrassônicos para rea-lizar a detecção do volume do lixo, característica essa também presente no sistema proposto.O sistema proposto por Fady, utiliza diversos outros sensores o que acaba aumentando o custode produção, fazendo uma pesquisa de preços dos componentes utilizados chega-se a um valorde aproximadamente R$150,00, apesar de ser mais barato que o sistema proposto o sistemade Fady também necessita um chip GSM ativo com um plano de dados para cada unidadeinstalada, aumentando o custo de escalabilidade do sistema.

3.2 SMART WASTE MANAGEMENT USING WIRELESS SENSOR NETWORK 12

O sistema proposto por Tarandeep, Rita e Deepak, também necessita de um chip GSM ativocom um pacote de dados, porém só é necessário no gateway, não influenciando na escalabili-dade do sistema, porém o ZigBee possui um alcance bem menor que o LoRa (aproximada-mente 100 metros), sendo necessário fazer uso de vários módulos se quiser cobrir uma áreamaior utilizando-se o mesmo gateway, ou utilizar vários gateways, tendo como desvantagem anecessidade de vários chips com pacotes de dados ativos, aumentando o custo de escalabilidadedo sistema.

CAPÍTULO 4

Desenvolvimento do sistema

A proposta deste trabalho é desenvolver um sistema de monitoramento de volume de lixode uma lixeira subterrânea, em ambiente urbano, para melhor gestão da coleta de lixo. NoBrasil, a coleta de lixo urbano é de responsabilidade da prefeitura, através de contratos comempresas especializadas neste tipo de serviço. Após realizarem um estudo dos resíduos geradosna cidade, a empresa decide como deve ocorrer a coleta, podendo algumas ruas receberem acoleta diariamente e outras uma vez por semana. A empresa então calcula o custo do serviçoatravés da quantidade de vezes que precisará enviar um caminhão até determinada localidade,além de custo de pessoal e combustível. Esse custo é repassado aos moradores do municípioatravés de uma taxa de coleta de lixo, pago todo ano juntamente com o IPTU. Com o usodo sistema proposto será possível monitorar o volume de lixo de uma lixeira em tempo real,podendo verificar quando uma lixeira está cheia e necessitando da coleta.

O sistema utiliza um microcontrolador ATmega328p[atm] e um Raspberry Pi 3 Model B[ras] para captação e processamento das informações obtidas de sensores, respectivamente, e acomunicação entre eles é realizada utilizando um chip LoRa. Neste capítulo é apresentado todoo design do sistema, sua arquitetura, bem como suas funcionalidades, além de ser apresentadotudo que foi desenvolvido e implementado para se obter o protótipo do sistema.

4.1 Arquitetura do Sistema

Essa seção define toda a arquitetura do sistema, do ponto de vista de hardware, software ebanco de dados

4.1.1 Visão Geral

Na figura 4.1, podemos ver uma visão geral do sistema, composta por 4 módulos essen-ciais: Captação, Figura 4.1a, composta pelos sensores para captação dos dados (Figura 4.1b)e o transmissor LoRa para envio dos dados para o Gateway (Figura 4.1c), Web (Figura 4.1d)responsável por armazenar os dados recebidos pelo gateway e enviar as informações solicitadaspelo usuário na parte de apresentação (Figura 4.1e).

4.1.2 Arquitetura de Hardware

Nesta seção será mostrada com mais detalhes todos os componentes utilizados no módulode captação e suas respectivas funções

13

4.1 ARQUITETURA DO SISTEMA 14

Figura 4.1: Visão geral do sistema. Na figura (a) o módulo de captação, composto pela placade sensores (b) e gateway (c), seguido do módulo WEB (d) e do módulo de apresentação (e).Fonte: Autor

4.1.2.1 Placa de Sensores

Essa placa é a responsável por fazer a captação de dados dos sensores e transmissão dosdados via rede LoRaWAN para o gateway. A placa foi projetada utilizando o software EAGLE[eag] e na figura 4.2 pode ser visto com mais detalhes suas conexões. Os componentes utili-zados foram um microcontrolador ATmega328p, responsável pelo controle dos sensores e dochip transmissor, 3 sensores ultrassônicos JSN-SR04t, responsável pela leitura da profundidadede cada uma das lixeiras, um chip LoRa RFM95[rfm], responsável por fazer a transmissão dedados sempre que solicitado pelo gateway, antena UHF 900MHz SteelBras APC3900 [ap3],um regulador de tensão LM7805 responsável em regular a tensão da fonte de entrada para 5Vpara alimentar os sensores, um regulador AMS1117- 3.3 responsável em regular a tensão para3.3V para alimentar o chip LoRa RF95 e o ATmega328p e um módulo TP4056 [tp4] para car-regamento de bateria. Na figura 4.3 abaixo podemos ver melhor a arquitetura da placa e emseguida a especificação de cada um dos componentes utilizados:

• ATmega328p: O ATMEGA328p é um microcontrolador de alta performance de propó-sito geral bastante conhecido por sua utilização na placa Arduino UNO e Arduino Nano.É fabricado pela Microchip[atm] e faz parte da família AVR-RISC de 8-bit, a tabela 4.1abaixo contém suas principais especificações

• JSN- SR04t - O módulo JSN-SR04t é um sensor ultrassônico a prova d’água, de baixatensão e baixo consumo de potência e alta precisão [jsn]. O princípio de funcionamentodeste módulo é o mesmo de um sonar(referência), ou seja, um pulso de onda ultrassônicaé transmitido, esse pulso é refletido por um objeto e um receptor recebe a onda refletida(figura 4.4), através do tempo necessário para capturar a onda refletida é possível calculara distância do objeto através da equação a seguir:


Figura 4.2: Design da placa de sensores. Fonte: Autor

Tabela 4.1: Especificação ATmega328p

Parâmetro Valor

Tipo de memória do programa Flash

Tamanho da memória 32KB

RAM 2048 bytes

Data EEPROM 1024 bytes

Velocidade CPU 20(MIPS/DMIPS)

Interfaces de comunicação digital 1 - UART, 2-SPI, 1-I2C

PWM 6

Temporizadores 2 x 8-bit, 1 - 16-bit

Comparadores 1

Temperatura de operação -40º à 85º C

Tensão de operação 1.8 à 5.5 V

Total de pinos 32

Low Power Sim

x =t × v

2(4.1)


Figura 4.3: Arquitetura da placa de sensores. Fonte: Autor

em que x é a distância, t o tempo que leva para a onda ir e voltar e v a velocidade do som.

Figura 4.4: Funcionamento do sensor ultrassônico. Fonte: Newton C. Braga, acessado emJun 2019, https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691.

• RFM95 - O chip RFM95 é um modem LoRa capaz de prover uma comunicação spread-spectrum de ultra longo alcance e alta imunidade contra interferências[rfm], é fabricadopela HopeRF, a principal fabricante de componentes de IoT da China[hop]. O RFM95opera na faixa de frequência de 868 até 915 MHz, e é facilmente integrável com diversostipos de microcontroladores e microcomputadores pois faz uso da comunicação SPI paraenviar e receber dados. Na tabela X abaixo temos algumas informações do chip RFM95seguida de uma imagem do chip na Figura 4.5

• TP4056 - O TP4056 é um módulo carregador linear de corrente e tensão constante debaterias íon-lítio. Esse módulo possibilita que baterias sejam recarregadas sem precisa-rem serem retiradas do circuito da placa, no sistema ele é utilizado em conjunto com uma

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Tabela 4.2: Especificação do módulo JSN-SR04t

Parâmetro Valor

Tensão de operação 3.0 - 5.5V

Corrente de operação


Tabela 4.3: Especificação TP4056

Parâmetro Valor

Tensão de Entrada 4.0 - 8.0 V

Tensão de saída 4.137 - 4.263 V

Temperatura de Operação -40º à 85º C

Corrente de saída Pino BAT


Tabela 4.4: Especificação Raspberry Pi 3 Model B

Quad Core 1.2GHz Broadcom BCM2837 64bit CPU

1GB RAM

BCM43438 wireless LAN e Bluetooth Low Energy (BLE)

100 Base Ethernet

GPIO extendida de 40 pinos

4 portas USB 2.0

4 Pole stereo output and composite video port

HDMI

Porta para camera CSI para conexão com o Raspberry Pi camera

Porta para display DSI, para conexão com o display touchscreen Raspberry Pi

Entrada para cartão Micro SD para carreamento do sistema operacional e armazenamento

Porta Micro USB de até 2.5A para alimentação

4.1.3 Arquitetura de Software

A seguir serão descritos em detalhes a arquitetura de software utilizada em cada um dosmódulos e as tecnologias e linguagens utilizadas em cada um deles

4.1.3.1 Placa de sensores

Na placa de sensores por se tratar de um microcontrolador bastante utilizado nas placasArduino, foi utilizado a IDE do próprio Arduino para escrita, compilação e carregamento docódigo no microcontrolador ATmega328p. A figura 4.7 abaixo ilustra o fluxo do programacarregado no microcontrolador. As bibliotecas utilizadas foram arduino-LoRa [lor] para co-municação do microcontrolador com o chip RFM95, essa biblioteca foi escolhida pela suacompatibilidade com o chip escolhido e a AESlib para encriptação dos dados

4.1.3.2 Gateway

Para o gateway foi utilizado a linguagem Python 3.5 juntamente com os pacotes requests,threading, time e SX127x. O pacote requests foi utilizado para realizar requisições http paraenvio das informações recebidas da placa de sensores para o servidor, o pacote threading foiutilizado para criação de múltiplos processos, time foi utilizada no uso de funções do timerdo microprocessador para contagem de tempo e por fim o pacote SX127x foi utilizado paracomunicação do Raspberry com o chip RFM95. A figura 4.8 abaixo mostra o fluxograma emdetalhes do software executado no gateway.


Figura 4.7: Fluxograma da placa de sensores. Fonte: Autor

4.1.3.3 Servidor

Para o servidor foi utilizado a linguagem Elixir [elx] juntamente com o Phoenix [phx], umframework web para Elixir, para criação de uma API REST para fazer a integração com o bancode dados. A linguagem elixir foi escolhida por ser uma linguagem altamente tolerante a falhas,distribuída e concorrente, e também por ser uma linguagem com qual o autor deste trabalho temmais familiaridade na criação de API REST. O banco de dados utilizado para o armazenamentodas informações foi o PostgreSQL, ele foi escolhido por já ser o padrão utilizado no frameworkPhoenix. O banco de dados consiste em duas tabelas, uma para armazenar as informações dasunidades como nome, endereço, volume máximo e coordenadas, e também um código iden-tificador da unidade e a outra tabela responsável por armazenar as informações dos sensores,assim como a data e hora que foram recebidas.

4.1.3.4 Apresentação

Para o módulo Apresentação foi desenvolvido um aplicativo mobile para Android utilizandoo React-Native [rea] um framework para desenvolvimento mobile nativo para Android, IOS eWindows criado pelo Facebook, essa tecnologia foi escolhida por ser aquela com que o autordeste trabalho tem mais experiência. O aplicativo conta com basicamente 4 telas, a primeiratela(Figura 4.9a) é a tela inicial e mostra um mapa com a localização das lixeiras, a data e horada última atualização e três botões: Alertas, Unidades e Atualizar. A segunda tela (Figura 4.9d)

4.2 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA 21

Figura 4.8: Fluxograma da arquitetura de software do gateway. Fonte: Autor

pode ser acessada ao ser pressionado o botão de alertas, essa tela mostra em quais unidadespossui um alerta ativo, um alerta é criado quando o volume lido pelos sensores é maior que umlimite pré definido. A terceira tela (Figura 4.9b) é acessada pressionando o botão Unidades,ela mostra todas as unidades existentes no qual podem ser acessadas ao serem pressionadas,indo para a quarta e última tela(Figura 4.9c). Nesta tela podem ser vista informações comolocalização, endereço e os volumes atuais das lixeiras presentes na unidade, que são mostradoscomo uma barra horizontal que vão enchendo de acordo com o volume da lixeira, sendo o verdequando o volume da lixeira está abaixo de 25% da capacidade máxima, amarelo é quando ovolume está entre 25% e 75% da capacidade máxima e vermelho quando está acima de 75%.

4.2 Funcionamento do Sistema

Após todos os módulos estiverem ligados e operacionais, o sistema funciona da seguintemaneira: todo o processo começa a partir do gateway, que após inicializado realiza uma trans-missão via LoRaWAN para a unidade desejada colocando seu endereço e o endereço de destinono header do pacote a ser enviado e espera uma resposta, caso a resposta não chegue em umintervalo de 10 segundos, a mensagem é retransmitida, caso contrário o gateway processa amensagem recebida verificando se o remetente é da unidade do qual foi requisitado e se o en-dereço de destino da mensagem é igual ao endereço do gateway, caso afirmativo o payload damensagem é lido e descriptografado. Por fim, os valores recebidos são enviados para o ser-vidor através de uma requisição http, passando como parâmetros o id da unidade e os valores


(a) Tela inicial (b) Unidades

(c) Detalhes (d) Alertas

Figura 4.9: Telas do aplicativo para Android do módulo de apresentação. Sendo a imagem (a),(b), (c) e (d) das telas principal, unidades, detalhes e alertas, respectivamente. Fonte: Autor

recebidos, repetindo-se todo o processo a cada 10 minutos.Em relação a placa de sensores o funcionamento é mais simples. Após inicializar os sen-

sores e o chip RFM95 ela fica esperando uma mensagem chegar, a mensagem quando chegaaciona uma interrupção que é tratada imediatamente. No tratamento da interrupção é verificadose o endereço de destino da mensagem recebida é igual ao endereço da placa e se o remetente da


mensagem é o gateway. Caso essas verificações se confirmem é realizada a leitura dos sensoresultrassônicos, quanto menor o valor lido, mais cheia estará a lixeira. Caso a distância do lixoaté o sensor seja menor que a distância mínima para o funcionamento do sensor (vide Tabela4.2), o valor retornado pela leitura do sensor é um valor aleatório maior que 1000, portanto,essa distância foi adotada como o limite máximo da lixeira, e uma leitura do sensor acima de1000 indica que a lixeira está cheia. Em seguida o payload da mensagem a ser transmitido émontado separando-se os valores lidos por “/”. O payload é criptografado utilizando o algo-ritmo AES128 e o pacote é montado com o endereço de destino do gateway, o endereço daplaca e o payload. Por fim a mensagem é transmitida. Caso a mensagem recebida pela placanão tenha ela como destinatário a mensagem é retransmitida do mesmo jeito que foi recebida.

O servidor por sua vez fica aguardando uma requisição, podendo ela ser originada do ga-teway ou do aplicativo de apresentação, caso a requisição seja realizada pelo gateway, a funçãodo servidor é de basicamente armazenar os valores recebidos no banco de dados. Se for origi-nalizada pelo aplicativo de apresentação o servidor tem como função responder de acordo como que for solicitado pelo aplicativo. O servidor é responsável também por fazer a verificaçãodos valores recebidos. Caso esse valor esteja acima de um limite, o servidor envia um alertapara o aplicativo com as informações da lixeira.

O aplicativo de apresentação funciona da seguinte maneira: ao inicializar o aplicativo é re-alizada uma requisição ao servidor solicitando os dados de todas as unidades, e na tela inicial émostrado um mapa com as localizações das lixeiras através de um marcador. Ao tocar em qual-quer marcador o aplicativo faz uma requisição ao servidor com o id da unidade selecionada,que por sua vez responde com as informações da unidade e dos volumes atuais das lixeiras. Oaplicativo então redireciona para a tela da unidade, onde é mostrado os dados da unidade sele-cionada, como endereço, nome da unidade e os volumes atuais das lixeiras presentes naquelaunidade4.9b. Caso uma lixeira esteja cheia um alerta pode ser visualizado na tela de alertas4.9d e o marcador da lixeira fica vermelho. Todas as telas podem ser visualizadas na Figura 4.9acima.

CAPÍTULO 5

Testes e Experimentos

Este capítulo apresenta alguns testes realizados a fim de garantir o funcionamento de cadaparte do sistema e por fim um teste utilizando todas as partes em conjunto

5.1 Placa de Sensores

O primeiro teste realizado tinha como objetivo verificar o funcionamento do circuito pro-jetado. Para isso, primeiro o circuito da placa foi montado em uma protoboard a fim de testaros componentes, alimentação, e sinais de entradas e saídas do microcontrolador ATmega328p.A fim de se economizar energia da bateria, foi decidido utilizar o cristal interno do microcon-trolador, pois, de acordo com os testes realizados, foi o único que funcionou sem problemasao alimentar o microcontrolador com 3.3V. Em seguida foi realizado um teste para verificar ofuncionamento, alcance e precisão dos sensores ultrassônicos, para isso foi feito um programaem C++ utilizando a IDE do Arduino para realizar a leitura dos sensores em diferentes posi-ções e distâncias, e os valores foram comparados utilizando-se uma trena, foi observado queos valores se diferenciavam de no máximo alguns centímetros dependendo da distância, nãoultrapassando 4cm.

Em seguida foi realizado o teste do chip RFM95 com o jetivo de verificar a comunicaçãocom a placa e seu funcionamento, para isso foram utilizados dois Arduinos uno, um funci-onando como transmissor e outro como receptor e colocados lado a lado a fim de testar serealmente estavam funcionando. Após isso o chip RFM95 foi montado numa placa juntamentecom o ATmega, para testar o funcionamento real de como seria o sistema, até então nenhumaantena estava sendo utilizada e por isso o alcance não passava de 50 metros. Foram realizadosvários testes de alcance com diferentes antenas, entre elas uma antena GPRS, antena de rotea-dores e uma antena de GPS. Algumas funcionaram melhor que outras, chegando a um alcancede 400 metros, porém nenhuma foi feita para operar na frequência de 915MHz, foi decididoadquirir uma antena apropriada para a frequência de operação do LoRa, com isso o alcanceaumentou para mais de 700 metros.

Por fim foi realizado um teste cujo objetivo era avaliar a duração da bateria, primeiramentefoi utilizado uma bateria de 600mAh e 4.2V para alimentar a placa que ficou ligada realizandoleitura dos sensores e enviando as informações para o gateway a cada hora, foi constatado quea bateria não estava durando mais que 12 horas. Para mitigar este problema foi realizado umaverificação no código do programa, e foi constatado que o microcontrolador estava realizandoalgumas operações desnecessárias além de algumas funções desnecessárias, como conversorADC, estarem habilitadas e consumindo energia. Após isso foi testado novamente a bateria,

24

5.2 GATEWAY 25

porém agora foi dobrado a quantidade de leituras, diminuindo o intervalo para 30 minutos,foi verificado que a duração da bateria tinha aumentado para 15 horas. Como a placa seriaalimentada por uma placa solar de 24V foi decidido que 15 horas seriam suficientes, mas,mesmo assim, foi decidido aumentar a bateria para 1200mAh. Os resultados obtidos, além docusto aproximado da produção da placa podem ser conferidos na Tabela 5.1 abaixo.

Parâmetro Valor

Bateria 600mAh 15 horasBateria 1200 mAh ± 30 horas

Alcance obtido ±700 metrosCusto aproximado R$380,00

Tabela 5.1: Característica do sistema da placa de sensores

5.2 Gateway

Para o gateway foram realizados testes com objetivo de testar a comunicação SPI com ochip RFM95. Primeiro foi preparado um Raspberry Pi 3 Model B com o sistema operacio-nal Raspbian Lite. Em seguida foi feita a instalação de todos os pacotes necessários para ofuncionamento do sistema. Um dos pacotes instalados foi o SX127x, responsável por fazera comunicação com o chip RFM95. Depois de instalar e fazer a configuração do pacote, foiverificado que o chip não estava sendo reconhecido, e ao investigar as conexões do chip foipercebido que uma das conexões SPI do chip não estavam em contato com o Raspberry Pi.Outro problema encontrado foi a necessidade de se ativar a comunicação SPI no Raspberry,pois ela vem desabilitadas por padrão. Utilizando-se o comando "sudo raspi-config"é possívelentrar na ferramenta de configuração do Raspberry Pi(Figura 5.1) e através da opção 5 é pos-sível ativar a comunicação SPI e também outras formas de comunicação como Serial, I2C eSSH, que também foi ativada.

Após a habilitação do SPI o chip foi reconhecido como deveria. Em seguida foi configu-rada a conexão com a internet, que também pode ser realizada utilizando comando mostradoanteriormente, porém agora na opção 2 (Network Options), onde será solicitado o país, o SSIDe a senha. Após todas as configurações do sistema terem sido realizadas foi testado o funcio-namento do chip RFM95 em conjunto com a placa de sensores utilizando-se o pacote SX127xpara a linguagem Python versão 3.5.

Para o teste do gateway foi criado um script em Python responsável por enviar uma mensa-gem para a placa de sensores, localizada a poucos metros de distância, a mensagem consistiada palavra "Hello"juntamente com um número, que ao ser recebida pela placa de sensoresrespondia com a mesma mensagem, porém incrementando o número final. A mensagem eratransmitida a cada 10 segundos. Após 10 minutos não foi constatado perda na transmissão,por isso foi resolvido aumentar a distância entre o gateway e a placa e mais uma vez testaro alcance, após separar aproximadamente 700 metros (Figura 5.2) foi constatado as primeirasperdas, resultado semelhante ao obtido pela placa de sensores.

5.2 GATEWAY 26

Figura 5.1: Tela de configuração do Raspberry Pi. Fonte: Autor

Figura 5.2: Teste do alcance da comunicação do gateway com a placa de sensores. O ponto0, a esquerda, é a localização do gateway e o ponto final é a localização da placa de sensores.Fonte: Autor

5.3 SERVIDOR 27

5.3 Servidor

Para o teste do servidor foram realizadas 3 requisições, cadasto, modificação e remoçãode uma unidade, sendo a primeira o cadastro de uma unidade de testes, que funcionou semnenhum problema. Em seguida foram repetidas as três requisições, sendo feita uma tentativade adicionar uma unidade com o mesmo nome e endereço da unidade adicionada anteriormente,na expectativa de que daria um erro, pois não deveria poder existir duas unidades com o mesmonome e endereço, porém a unidade foi cadastrada com sucesso devido a um erro na criaçãoda tabela de unidades que não estavam com os campos Nome e Endereço como "UNIQUE",parâmetro necessário para que só exista uma única instância com uma determinada combinaçãode nome e endereço. Aproveitando-se do erro anterior, foi testada a requisição de exclusãode uma unidade, que também funcionou sem nenhum problema, pois a exclusão é realizadapassando-se um identificador da unidade que é criado automaticamente na hora de sua inserção.Após a correção do erro anterior, não foram mais encontrados nenhum problema na tabela deunidades.

Tendo as requisições de inserção, alteração e exclusão de unidades funcionado como es-perado, foi a vez de se testar a tabela de Eventos, responsável por armazenar as informaçõesprovindas dos sensores e enviadas pelo gateway, essas requisições também funcionaram semproblemas, e a Figura 5.3 abaixo mostra as informações armazenadas, como os volumes das li-xeiras, os dados da unidade, o volume máximo da lixeira e a data e hora que ocorreu a inserção.

Figura 5.3: Teste de inserção de dados na tabela de eventos do banco de dados. Fonte: Autor

CAPÍTULO 6

Conclusão e Trabalhos Futuros

6.1 Conclusão

Neste trabalho foi proposto um sistema de monitoramento de volume de resíduos de umalixeira utilizando a tecnologia LoRaWAN. Esse sistema foi composto por uma placa de senso-res responsável por fazer a captação dos dados e envio das informações via LoRa, um gatewayresponsável por fazer a requisição dos dados a um intervalo de tempo definido e enviar as in-formações recebidas para um servidor responsável por armazenar os dados, e, por fim, umaaplicação Android responsável por exibir informações das lixeiras como localização e os vo-lumes em tempo real. O LoRaWAN funcionou como uma ótima alternativa ao GSM, pois émais barato e não necessita de um plano de dados, apenas uma conexão com a internet para ogateway. Uma das principais dificuldades encontradas no trabalho proposto foi em relação aoalcance de comunicação do sistema, que depende de váios fatores, como topografia do relevo,antena utilizada, posição da antena e parâmetros utilizados na configuração do chip. Foi pos-sível observar que o uso de antenas incompatíveis com a frequência utilizada reduz o alcancedo sistema, sendo recomendado sempre o uso de uma antena apropriada. O sistema propostoestá, até a data de escrita deste trabalho, em funcionamento sem nenhum problema detectado,operando 24 horas por dia na lixeira subterrânea da praça Alencastro em frente a prefeitura deCuiabá, com previsão de implantação de mais 2 unidades.

6.2 Trabalhos Futuros

A partir do sistema desenvolvido é possível obter informações importantes a partir do histó-rico que é armazenado. Utilizando alguma técnica de aprendizagem é possível prever melhoreshorários para se fazer a coleta e prever o volume de lixo em determinada hora do dia, e utili-zando a localização das unidades, é possível gerar rotas e otimizar trajetos, etc. Além disso opróprio sistema ainda pode ser melhorado, aumentando-se o alcance de comunicação é possí-vel cobrir uma área maior utilizando-se um único gateway, podendo ser feita também uma redeMesh para ampliar o alcance.

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Referências Bibliográficas

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Este volume foi tipografado em LATEX na classe UFPEThesis (www.cin.ufpe.br/~paguso/ufpethesis).

www.cin.ufpe.br/~paguso/ufpethesis

IntroduçãoContexto e MotivaçãoObjetivosEstrutura do trabalho

Conceitos BásicosLPWANLoRa e LoRaWANSPICriptografia AESFuncionamento

Trabalhos relacionadosThe Design and Implementation of Smart Trash BinSmart Waste Management using Wireless Sensor Network

Desenvolvimento do sistemaArquitetura do SistemaVisão GeralArquitetura de HardwarePlaca de SensoresGateway

Arquitetura de SoftwarePlaca de sensoresGatewayServidorApresentação

Funcionamento do Sistema

Testes e ExperimentosPlaca de SensoresGatewayServidor

Conclusão e Trabalhos FuturosConclusãoTrabalhos Futuros

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Uso de uma rede LoRaWAN em um sistema de ... - UFPEtg/2019-1/TG_EC/tg-mhpr-final.pdfUniversidade Federal de Pernambuco Centro de Informática (Cin-UFPE) Graduação em Engenharia da