IOT e a Eletrônica dos Endpoints

Hoje trago um vídeo diferente dos que geralmente faço, pois não vamos falar de nenhum projeto específico, mas, sim, sobre o meu ingresso no Mundo Maker, ou seja, como comecei a trabalhar com a Internet das Coisas. Vou ainda explicar sobre LPWan, LoRa e LoraWan, abordar os tipos de rádios LoRa, além de expor alguns exemplos de montagem que tenho desenvolvido. Por fim, vamos falar um pouco sobre a eletrônica, ou seja, a arquitetura de um EndPoint.

Esses assuntos eu abordei em uma palestra que ministrei na capital paulista neste início do mês, no 2º Meetup IoT Inside SP. Como gosto muito destes tópicos decidi estender as informações para todos que me acompanham, por isso a gravação deste vídeo.

Além da IOT, escolhi falar sobre a Eletrônica dos Endpoints, pois acredito que esse assunto represente 90% do que tenho trabalhado. Adianto, no entanto, que futuramente quero começar a abordar os gateways, embora considere esse tema um tanto “espinhoso”, pelos diferentes modelos, a necessidade do entendimento de criptografia, chaves, entre outras especificidades.

Como iniciei com IOT

Há cerca de três anos atrás eu criei um curso presencial, com intuito de ensinar as crianças a programarem. No laboratório da escola onde trabalho, apresentamos, então, o Arduino a estes alunos. A procura pelo curso foi aumentando e passamos a atender também adultos interessados no assunto.

A partir do aprendizado com a criação deste curso e do aprofundamento no ensino da programação, entre outros conhecimentos que fui adquirindo neste período sobre o mundo da tecnologia, decidi criar um canal no YouTube. Nele posto vídeos duas vezes por semana e, no meu Blog, ainda coloco artigos mais detalhados sobre os assuntos abordados nos vídeos.

Maker

Valorizo muito o Mundo Maker, ou seja, aquela filosofia de Faça Você Mesmo, de ter componentes e ferramentas em casa, de fazer as coisas com as próprias mãos. Como sou assim, acredito que isso possa atrair outras pessoas, que podem ou não ter formação profissional na área, mas, principalmente, que, assim como eu, são apaixonadas por essa integração: Eletrônica, Mecânica e IoT.

Bom, então, tratando do Mundo Maker, tem alguns tópicos que não posso deixar de citar:

- Componentes vs Módulo: a evolução dos componentes para a transformação nos módulos hoje existentes foi essencial para facilitar o acesso e a atuação nesta área. Hoje em dia temos uma série de placas prontas para uso, com microcontroladores, displays, sensores, possibilitando uma prototipagem muito mais rápida.

- Preço e disponibilidade: hoje em dia podemos dizer que o preço é mais acessível do que há alguns poucos anos atrás. Essa melhoria também ocorreu em relação à disponibilidade de produtos ligados a essa área, antes difíceis de serem encontrados.

- Informação na Internet (Datasheet, esquemas, blogs e Youtube): hoje temos acesso fácil a tudo que diz respeito sobre o Mundo Maker. Um exemplo é o meu canal e o meu blog, entre tantos outros que existem hoje na rede mundial de computadores.

Conectividade

Experiência com hardware:

Ponto a Ponto:

- 24L01 só radio digital

- Rádios com UART TX RX transceiver 433mhz 915mhz etc.

- Chaveiro de Alarme de Carro 433mhz

- Bluetooth / Bluetooth TX RX Uart

- LoRa: ponto a ponto

- Protocolo ESP-Now

Endpoint: Sensor / Atuador

Sensores: Disponibilidade / Adaptação

Necessidades heterogêneas

Experiência com LPWan

Muitos seguidores do meu canal me perguntam sobre a utilização do LoRa, LoRaWAN ou protocolo LoRa para ligação de internet de uma residência com um sítio, por exemplo. Gente, LoRa não serve para isso. Faço aqui, então, uma comparação entre LoRa e WiFi 802.11.

LoRa (Low Power Wide Area Network) trata-se, então, de uma rede de baixa potência utilizado basicamente para alimentação de um chip LoRa com bateria, a qual pode chegar a durar até 20 anos.

Qual a principal diferença entre LoRa e o WiFi 802.11, que é aquele que você utiliza no roteador da sua casa? O roteador faz o seguinte: ele otimiza ao máximo a sua capacidade de mandar informação, isso gastado a quantidade Watts que for necessária. Ele não quer saber quanto gasta porque está ligado na energia. Já em relação a distância, esse quesito é sacrificado, já que considera mais importante a capacidade de envio de dados.

No caso da LoRa, das montagens que já fizemos, ou seja, do ESP32 com chip LoRa, por exemplo, a taxa de transferência de dados que é sacrificada, enquanto a distância é otimizada. Isso significa que a LoRa gasta menos potência possível para poder ir o mais longe possível.

- Lora RÁDIO: ESP32

- Lora RÁDIO / Protocolo Proprietário: exemplo rádio da EBYTE

- LoraWan / Lpwan: para mínimo de consumo de bateria e máximo de distância, máximo de nós por gateway

LoRa protocolo proprietário

Esse é um exemplo de LoRa Protocolo proprietário. Coloquei um sensor DHT22 com um ESP32 LoRa, que envia os dados para um receptor ESP32 LoRa. Via Uart, ele acessa um Arduino Nano e, via SPI, uma Interface Ethernet. Neste caso, acessamos então um Gateway que envia um SMS com as informações colhidas para um smartphone. Veja como essa montagem funciona no vídeo: ESP32 LORA: Sensor de Gás, Umidade e Temperatura por SMS.

Veja aqui o diagrama deste circuito:

Quando eu uso ESP32 LoRa?

·         Quando preciso prototipar

·         Quando preciso de velocidade “tempo de resposta”

·         Não quero pagar mensalidade ou tráfego

·         Não existe cobertura pública de gateways

·         Aplicação específica

·         Sensores exóticos incompatíveis com hardware padrão

·         Número de nós menor que 255

Quando eu uso LoRaWan e EndPoints prontos?

·         Quando o número de nós é muito grande: acima de 255

·         Quando não preciso de velocidade “tempo de resposta”

·         Existe cobertura pública de gateways

·         Sensores e Endpoints testados e disponibilidade em grande escala

O que fazer com a grande quantidade de dados ?

Possível arquitetura de um Endpoint

Aqui temos dois exemplos de circuitos de alto consumo.

·         Uno 40mA @ 9V

·         Mega 60mA @ 9V

Baixo Consumo para operar com bateria:

ESP32: M5Stack com DHT

Trago aqui mais um exemplo de Endpoint, desta vez com o M5Stack, um ESP32 muito especial, perfeito para a Internet das Coisas. Este sujeito tem o ESP32 dentro dele, somando-se ainda display, teclado, amplificador, alto-falante, bateria... Então, é um dispositivo que pode fazer inúmeras coisas. Eu já gravei um projeto com ele que está neste vídeo: ESP32: M5Stack com DHT22.

Aqui temos exemplos de módulos que podem ser conectados ao M5Stack

Agora, modelos de projetos:

Case : Square - Sistema de pagamento 

Quero falar aqui de um EndPoint um pouco diferente. Esse case eu conheci no livro do Chris Anderson: Makers – A Nova Revolução Industrial. Neste caso, McKelvey e Dorsey montaram uma empresa que se chamava Square Sistema de Pagamento e criaram um dispositivo a ser encaixado na porta do cabo de áudio de um celular, a qual convertia os dados de um cartão de crédito, transformando smartphones em uma espécie de máquina de cartão de crédito. Isso não é novidade hoje em dia, mas devemos destacar que esse projeto foi desenvolvido por McKelvey e Dorsey lá atrás, em 2009.

Diferentemente das empresas anteriores de McKelvey e Dorsey, hoje conhecidos por terem fundado o Twitter, a Square era uma combinação de hardware e software: o pequeno acessório a ser conectado ao telefone eram os átomos, enquanto o aplicativo para o telefone e os serviços de Web, a serem ativados pelo hardware, eram os bits. Isso significava que ambos estavam em um negócio de eletrônica, quisessem ou não.

     Dorsey: 

“Se eu não o tivesse feito, esse conhecimento teria sido intermediado. Estaríamos com um produto desajeitado, projetado por um comitê. Mais demorado, mais caro e muito menos legal”.