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<p>E-Book Apostila Tema 13 - Plataformas para internet das coisas E-Book - Apostila Esse arquivo é uma versão estática. Para melhor experiência, acesse esse conteúdo pela mídia interativa.</p><p>E-Book Apostila OBJETIVOS Conhecer plataformas do tipo Arduino, Beabord e Raspberry Pi. PALAVRAS-CHAVE Plataforma ou framework Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone. 13 Definição e funcionalidades da plataforma ou framework loT Monk (2018) alerta quanto ao tempo que era gasto pelos usuários para navegar na internet por meio de navegadores com digitação de mensagens ou cliques do mouse. Nesse contexto, o advento da loT mudou totalmente a interação na internet e todos os tipos de sensores e eletrodomésticos tornaram-se potencialmente conectados. movimento maker, oriundo dos métodos faça você mesmo (em inglês, do it yourself, DIY), favorece a criação e inovação em diversos produtos com a disponibilidade de um ambiente modular simples, ou seja, um kit tecnológico loT simples composto por hardware e software. A escolha de uma plataforma ou framework loT com código aberto (programa de computador ou código fonte feito em linguagem de programação que permite acesso aos comandos com distribuição livre e gratuita, também conhecido como open source), de acordo com a necessidade do produto pode reduzir o tempo no processo de escalabilidade e facilitar o método DIY (SANTOS, 2023). De acordo com Santos (2023), são requisitos de um sistema Hardware: sensores ou dispositivos para coletar dados físicos ou virtuais; Conectividade: roteador ou gateway na rede para transmitir dados e receber comandos pelo servidor virtual ou servidor de nuvem; Software: programas instalados no servidor para coletar e processar as decisões dos clientes; Interface de usuário: aplicativo móvel instalado em um smartphone para mostrar os resultados da interação. As plataformas loT são basicamente sistemas de softwares executados pela internet em servidores on-line ou em nuvem e tem como finalidade o uso da conectividade para a comunicação e transformação de informações entre dispositivos e seres humanos (BRAGA, 2023). 2 - 13</p><p>E-Book Apostila De acordo com Braga (2023), são funcionalidades da plataforma - Disponibilizar uma ou mais formas de conectividade para receber os dados dos dispositivos em campo. - Possuir bancos de dados para permitir armazenamento massivo de dados de dispositivos. Dispor de ferramentas análise de dados para extrair informações dos dados recebidos. - Fazer uso de inteligência Artificial para extração de informações mais específicas e não tão evidentes (padrões) dos dados recebidos. - Permitir disparo de ações automáticas, de forma a permitir que ações (emergenciais ou não) sejam tomadas de forma automática e no menor tempo possível. Permitir controle automático de ações em outros dispositivos. Permitir a visualização de dados de forma de fácil compreensão aos humanos (dashboards) (BRAGA, 2023, p. s/n). ? SAIBA MAIS Assista a palestra de Kashmir Hill e Surya Mattu para o TED e compreenda a relação entre a loT e a privacidade. Disponível em: https://youtu.be/POHYyP4EbzE. Acesso em: 20 jan. 2023. quadro "Conectividade com plataformas loT" mostra os protocolos para a conectividade em diversos dispositivos. Figura 1 - Conectividade com plataformas loT</p><p>E-Book Apostila Protocolos Características Dispositivos usa a base de TCP/IP e utiliza o protocolo MQTT-SN para outros tipos de transporte como Message Queuing Telemetry UDP ou Bluetooth; Dispositivos com conexão Transport (MQTT): protocolo possui bibliotecas para móveis com limitação de dados de comunicação máquina por linguagens de programação; trafegados 3G, 4G etc. máquina M2M aplica informações com segurança do Secure Sockets Layer (SSL) e Transport Layer Security (TLS). HyperText Transfer Protocol possui bibliotecas para as (HTTP) ou Protocolo de linguagens de programação; Transferência de Hipertexto: Dispositivos com conexão possui overhead (que é o comunicação entre dispositivos móveis sem limitação de dados processamento excessivo para e sistemas de informação pela trafegados 3G, 4G etc. executar uma tarefa) em relação internet ou World Wide Web ao MQTT. com bibliotecas para Dispositivos com conexão Hyper Text Transfer Protocol linguagens de programação; móveis sem limitação de Secure (HTTPS): comunicação possui overhead (que é o dados trafegados 3G, 4G entre dispositivos de forma processamento excessivo para etc., com mais segurança na criptografada executar uma tarefa) em relação comunicação. ao MQTT. adaptado de Braga (2023). A seguir, conheça mais sobre as diferentes plataformas loT e aprenda a avaliá-las. 13.1 Tipos e fatores para avaliar a plataforma loT quadro "Tipos de plataformas loT" apresenta as quatro principais plataformas disponíveis no mercado. Figura 2 - Tipos de plataformas loT</p><p>E-Book Apostila Plataformas Características Cloud Reduz a complexidade de construir pilhas de rede complexas e fornece recursos de back-end para monitoramento de dispositivos. Fornece soluções de conectividade de baixo custo geralmente para Connectivity tecnologias 802.11 (Wi-Fi) e celular (3G, 4G, LTE etc.). Fornece inúmeras ferramentas para roteamento de dados e facilita Data o gerenciamento e a visualização para a tomada de decisão, usando ferramentas de análise de dados, banco de dados etc. Facilita manuseio de milhões de conexões simultâneas de dispositivos, fornecendo ferramentas de End-to-end segurança e gerenciamento de dispositivos. Além disso, essa plataforma fornece atualizações de firmware OTA, conectividade na nuvem e gerenciamento/monitoramento de dispositivos. adaptado de Santos (2023). Corrêa (2020) destaca benefícios das plataformas loT com tecnologia OTA (over the air), que permitem atualizações ou alterações de programas na modalidade remota por meio de servidor central sem contato físico com o dispositivo. Nesse contexto, para atualizações de softwares como aplicativos e componentes não críticos no dispositivo usa-se o SOTA (software over the air). Para atualizações mais complexas que alteram o sistema básico do dispositivo, usa-se o FOTA (firmware over the air). Em todos os casos é garantida a segurança do dispositivo quanto às atualizações, integridade com acesso autorizado, privacidade da comunicação cliente e servidor e autenticidade com a verificação de assinatura. Segundo Santos (2023), na avaliação das plataformas loT deve-se considerar os seguintes fatores:</p><p>E-Book Apostila Escalabilidade: escalável suficiente para acomodar as necessidades crescentes do cliente; Confiabilidade: capacidade da arquitetura, tráfego e processamento dos dados com segurança, oferecendo failover, quando outro servidor assume determinado serviço se principal estiver com problemas; Personalização: APIs e bibliotecas de integração de acordo com a necessidade do cliente; Operações: usuário final com acesso a estatísticas do sistema, informações de hardware e módulos ou serviços; protocolos MQTT e suporte à API sobre WebSockets, REST, CoAP, JSON e XML; Suporte de hardware e tecnologia de nuvem: na nuvem, no local ou híbrido; Suporte técnico: aplicado no back-end para garantir a atualização regular da plataforma com todas as atualizações básicas, patches de segurança e correções de bugs (erros); Arquitetura de sistemas: implantar estruturas, ferramentas e linguagens; Segurança: oferecer comunicação com dispositivos e aplicativos baseada em SSL/TLS; Despesas operacionais: parâmetros como pagamento por nó ou por dispositivo ativo ou por mensagens, recursos, suporte etc. Ideali (2021) enfatiza que existem outras plataformas loT no mercado para suprir necessidades relacionadas a montagem de projetos que inclusive permitem a construção de placa de circuito A seguir iremos estudar as plataformas loT de Arduino, Raspberry Pi e BeagleBone. DICA DE LEITURA Artigo: o artigo A vantagem competitiva das empresas cleantechs e o desenvolvimento de capacidades dinâmicas utilizando internet das coisas, de Noronha e colaboradores apresenta como empresas de tecnologia limpa (em inglês, cleantechs) utilizam diferentes tecnologias para o desenvolvimento de soluções e inovações no mercado. Entre essas tecnologias, a loT pode gerar vantagens de mercado por permitir a automação de processos e criar soluções que diferenciam os modelos de negócios. Disponível em: ang=pt. Acesso em: 20 jan. 2023. 13.2 Tecnologias das plataformas loT</p><p>E-Book - Apostila De acordo com Monk (2018), existem muitas tecnologias diferentes para criar e inovar com produtos e dispositivos loT e a escolha deve levar em consideração a integração entre hardware e software - se é usado, por exemplo, um navegador ou browser da web. A placa mais usada no desenvolvimento da loT é a microcontrolada do Arduino, embora o computador Raspberry Pi, contido em uma só placa, também seja muito utilizado (MONK, 2018). 13.2.1 Arduino No site do Tinkercad é possível manipular a placa de ensaio breadboard de prototipagem eletrônica sem solda e a placa Arduino, criando protótipos virtuais de projetos. Há disparadores para projetar em eletrônica, blocos de códigos para programar (denominados Micro:bit) e simulação dos projetos, já que é possível ligar o circuito real. A figura "Placa breadboard" mostra em detalhe a placa de ensaio Figura 3 - Placa breadboard Cristian Storto, Shutterstock, 2023.</p><p>E-Book Apostila Segundo Monk (2018) e Ideali (2021), a placa Arduino UNO é a mais usada em projetos. Trata-se de um microcontrolador do tipo Atmel AVR, formado por um computador de baixo consumo contido em um chip que permite a conexão de circuitos eletrônicos em seus pinos com controle de portas de entrada e saída, analógicas ou digitais, com times internos, fonte de alimentação para regular a tensão e, em alguns modelos, interface USB slave (universal serial bus) e OTG (cabo ou adaptador para conexão de outros dispositivos em smartphones, conhecido como movimento on-the-go). Usa- se programação com base na linguagem wiring ou linguagem C que, devido as suas bibliotecas, pode ser usada na montagem de diversos tipos de projetos. A figura "Placa de Arduino" mostra em detalhe esse tipo de placa. Figura 4 - Placa de Arduino MADE IN ITALY 888 T DIGITAL (PWM~) UNO ON RX ARDUINO RESET CC POWER ANALOG IN AS a Goodcat, Shutterstock, 2023. Monk (2018) destaca duas situações com projetos que utilizam o Arduino: Modelo Arduino sem loT (não há conexão de rede, com ou sem fio): é de baixo custo devido à ausência de conexão com a internet; tem hardware aberto e software embutido; permite realizar a programação com o ambiente de desenvolvimento 8 - 13</p><p>E-Book Apostila integrado; acrescenta-se shields (em português, placas) para utilizar os recursos digitais como displays e acionadores de motores. Modelos especializados de Arduino como dispositivo há aumento no custo devido a conexão com a internet; tem porta ethernet de rede (Arduino Ethernet ou Arduino Yun tem um módulo Wi-Fi interno); acrescenta-se shields Wi-Fi ou Ethernet para conectividade via cabo; e possuem bluetooth. quadro "Tipos de Arduíno" mostra os vários modelos disponíveis no mercado. Figura 5 - Tipos de Arduino UNO MEGA 2560 LEONARDO DUE ADK NANO PRO MINI ESPLORA ATmega (versão 2.x) Microcontrolador ATmega328 ATmega2560 ATmega32u4 AT91SAM3X8E ATmega2560 ATmega16 ATmega32u4 ou ATmega328 (versão 3x) Porta digitais 14 54 20 54 54 14 14 Portas PWM 6 15 7 12 15 6 6 Portas analógicas 6 16 12 12 16 8 8 16K (ATmega168) 32K (0,5K 256K (8K 32K (4K 512K 256K (8K 16K (2K 32K (4K ou 32K Memória usado pelo usado pelo usado pelo disponível para usado pelo usado pelo usado pelo (ATmega328) bootloader) bootloader) bootloader) aplicações bootloader) bootloader) bootloader) (2K usado pelo bootloader) 8Mhz (modelo Clock 16MHz 16MHz 16MHz 84MHz 16MHz 16MHz 3.3v) ou 16Mhz 16Mhz (modelo 5v) Conexão USB USB Micro USB Micro USB USB USB mini-B Micro USB USB externo Conector para alimentação Sim Sim Sim Sim Sim Não Não Não externo 3.3V ou Tensão de 5V 5V 5V 3.3V 5V 5V dependendo do 5V operação modelo Corrente máxima portas 40mA 40mA 40mA 130mA 40mA 40mA 40mA E/S 3.35-12V Alimentação 7-12Vdc 7-12Vdc 7-12Vdc 7-12Vdc 7-12Vdc 7-12Vdc (modelo 3.3v) 5V ou 5-12V (modelo 5v) adaptado de Ideali (2021). Segundo Ideali (2021), algumas desvantagens do uso do Arduino em projetos loT estão associadas às suas limitações de processamento nos seguintes itens: sinais com baixo volume de dados, quantidade de memória e linhas de I/O. 13.2.2 Raspberry Pi e BeagleBone Raspberry foi desenvolvido no Reino Unido pela Fundação Raspberry Pi. Trata-se uma plataforma que tem baixo custo por se tratar de um sistema operacional instalado em um cartão SD (cartão de memória, em inglês, memory card secure digital) (IDEALI, 2021). 9 - 13</p><p>E-Book Apostila Tanto a placa Raspberry quanto BeagleBone tem o tamanho de um cartão de crédito e executam o sistema operacional Linux. Apresentam portas USB e saída de vídeo ou monitores LCD HDMI para conectar teclado e mouse, funcionando como um computador. Os modelos Raspberry Pi e BeagleBone como dispositivo loT usam adaptadores USB de Wi-Fi e apresentam pinos de entrada e saída para controlar os circuitos eletrônicos e as interfaces de sensores (MONK, 2018). As figuras "Placa Raspberry PI" e "Placa BeagleBone" mostram as placas. Figura 6 - Placa Raspberry Pi GPIO U13 C102 R20 € Pi B+ V1.2 D3 Raspberry Pi 2014 C21 FC C98 C106 USB C78 J4 R38 C48 FB C100 CAT C99 USB J10 R56 U4 HDM Goodcat, Shutterstock, 2023. Figura 7 - Placa BeagleBone 10 13</p><p>E-Book Apostila Goodcat, Shutterstock, 2023. quadro "Tipos de Raspberry Pi" mostra características dos vários modelos disponíveis no mercado. Figura 8 - Tipos de Raspberry Pi Raspberry Pi Raspberry Pi Rasberry Pi Raspberry Pi Raspberry Raspberry Pi 2 A+ model Raspberry Zero Zero W model B+ 10 de 30 de Data de 15 de fevereiro 01 de fevereiro 28 de fevereiro 20 de fevereiro novembro de 14 de março de novembro de lançamento de 2012 de 2015 de 2017 de 2016 2018 2014 2015 Preço (US$) US$ 20,00 US$ 30,00 US$ 35,00 US$ 5,00 US$ 10,00 US$ 35,00 US$ 35,00 Broadcom Broadcom Broadcom Broadcom Broadcom Broadcom Broadcom Tipo de Chip BCM2835 BCM2835 BCM2836 BCM2835 BCM2835 BCM2837 BCM2837B0 Cortex-A53 64- Cortex-A53 Tipo de Core ARM1176JZF-S ARM1176JZF-S Cortex-A7 ARM1176JZF-S RM1176JZF-S bit (ARMv8) 64-bit N° de Cores 1 1 4 1 1 4 4 Clock CPU 700 MHz 700 MHz 900 MHz GHz GHz 1.2 GHz 1.4 GHz GPU VideoCore IV VideoCore IV VideoCore IV VideoCore IV VideoCore IV VideoCore IV VideoCore IV 512 MB (256 1 GB LPDDR2 RAM 256 MB 1 GB 512 MB 512 MB GB model A) (900 MHz) 802.11n 2.4 Wireless - - - - 802.11n 802.11n GHz/5.0 GHz Bluetooth - - - - 4.1 4.1 4.1 Consumo 200 mA 700 mA 800 mA 160 mA 180 mA 800 mA A adaptado de Ideali (2021).</p><p>E-Book Apostila Ideali (2021) destaca que a placa Raspberry Pi supera a placa Arduino tanto no processamento de sinais com um alto volume de dados, quanto por permitir a instalação de um sistema operacional, além de ser considerada uma excelente plataforma para o desenvolvimento loT nas indústrias: Raspberry Pi foi concebido a partir de um System on a Chip (SoC) Broadcom BCM2835, que inclui um processador ARM1176JZF-S de 700 MHz, GPU VídeoCore IV e 512 MB de memória RAM de acesso aleatório). Isso na sua primeira versão, pois atualmente a plataforma já possui Wi-Fi, memória RAM de 2 GB, bem como interface Bluetooth. A plataforma não inclui um disco rígido, assim o sistema operacional é instalado dentro de um cartão SD bem como o armazenamento de dados. Raspberry Pi 3 model B contém um processador 1.2 GHz 64-bit quad-core ARMv8 CPU, 1 GB de RAM, Bluetooth 4.1. Dependendo da aplicação, existem diferentes modelos de Raspberry Pi (IDEALI, 2021, p. 40). FINALIZANDO Nestes estudos você pode conhecer diferentes plataformas compreendendo seu significado, funcionalidades, protocolos, tipos, fatores determinantes e tecnologias envolvidas, com destaque para as características das placas Arduino e Raspberry PI. No site Tinkercad você poderá realizar uma atividade prática on-line, colocando a mão na massa e construindo protótipos de projetos com Arduino. REFERÊNCIAS BERTOLETI, P. que são as plataformas loT e quais são as maiores do mercado. Instituto NCB, Newton C. Braga, [S.I.], 21 abril 2020. Disponível em: https://www.newtoncbraga.com.br/index.php Acesso em: 15 jan. 2023. CORRÊA, D. Tecnologias over the Air: cuidados com atualizações de software (SOTA) e firmware (FOTA). Embarcados, [S.I.], 2020. Disponível em: coes-over-the-air/. Acesso em: 16 jan. 2023. IDEALI, W. Conectividade em Automação e protocolos SPI, USB, TCP-IP entre outros. Funcionalidade e interligação para automação e ToT. 1. ed. Rio de Janeiro: Alta Books, 2021. MONK, S. Internet das coisas: uma introdução com o photon. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. NORONHA, M. E. S.; HAYASHI, V. T.; SILVA, L. O. E. da; LIMA, M. N. A vantagem competitiva das empresas cleantechs e o desenvolvimento de capacidades dinâmicas utilizando internet das coisas. Revista Eletrônica de Administração. Porto Alegre, V. 28, n. 2, p. 455-486, maio-agosto 2022. https SANTOS, L. Plataforma loT - Como prototipar nossas ideias (Parte 1). Embarcados. Embarcados, [S.I.], 2020. Disponível em: as-parte-1/. Acesso em: 15 jan. 2023. SANTOS, L. Plataforma loT - Como prototipar nossas ideias (Parte 2). Embarcados. Embarcados, [S.I.], out. 2022. Disponível em: https://embarcados.com.br/plataforma-iot-como-prototipar-nossas- ideias-parte-2/. Acesso em: 15 jan. 2023.</p><p>E-Book Apostila TINKERCAD. Autodesk, Inc, Disponível em: https://www.tinkercad.com/circuits. Acesso em: 15 jan. 2023 WHAT is Arduino? Arduino, Disponível em: Acesso em: 15 jan. 2023. WHAT your smart devices know (and share) about you. [S.I.], 2019. 1 vídeo (9min05s). Publicado pelo canal TEDx Talks. Disponível em: https://youtu.be/POHYyP4EbzE. Acesso em: 02 jan. 2023 DÚVIDAS FREQUENTES Defina failover, termo associado a confiabilidade da plataforma Resposta: termo failover relaciona-se a disponibilidade de outro servidor para assumir determinado serviço se o principal apresentar problemas. Quais fatores podem ser usados para avaliar uma plataforma Resposta: os fatores usados na avaliação de uma plataforma loT são: escalabilidade, confiabilidade, personalização, operações, suporte de hardware, tecnologia de nuvem, suporte técnico, arquitetura de sistemas, segurança e despesas operacionais. Liste as características da placa Arduino UNO. Resposta: a placa Arduino UNO é considerado a placa mais usada em projetos e trata-se de um microcontrolador formado por um computador de baixo consumo contido em um chip, que permite a conexão de circuitos eletrônicos em seus pinos de entrada e saída. As placas Raspberry Pi e BeagleBone apresentam características técnicas em comum. Quais são elas? Resposta: ambas apresentam computadores em uma única placa do tamanho de um cartão de crédito que executam sistema operacional Linux e tem portas USB e saída de vídeo HDMI para conectar teclado, mouse e monitor, funcionando como um computador.</p>