Cleber Roberto Movio - fastformat.co

Faculdade Salesiana Dom Bosco de Piracicaba

Sistemas de Informação

Cleber Roberto Movio

Automação de chamada de sala de Aula

TCC de Sistema de Informação

PiracicabaDezembro de 2015



TCC apresentado ao Sistemas de Informa-ção, como parte dos requisitos necessáriosà obtenção do título de BACHAREL EM SIS-TEMAS DE INFORMAÇÃO.

Orientador: Maurício Carnevalli

PiracicabaDezembro de 2015



TCC apresentado ao Sistemas de Informa-ção, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de BACHAREL EM SIS- TEMAS DE INFORMAÇÃO.

Orientador: Maurício Carnevalli

Aprovado em ____/____/_______

BANCA EXAMINADORA

______________________________________________________________ Mestre Edinelson Aparecido Batista

______________________________________________________________ Mestre Gustavo Andres Gonzales Briones

______________________________________________________________ Prof. Marcelo Zacarias da Silva

Agradecimentos

Gostaria de agradecer a minha família pelo apoio e paciência, durante estesanos para alcançar esta graduação, a Faculdade Dom Bosco pelo apoio na assistênciade bolsa, a todos os professores que com habilidade e experiência dividiram seusconhecimentos, me capacitando para execução desse trabalho e para vida.

“Quem acende uma lâmpada para iluminar opróximo, é o primeiro a ser iluminado”proverbio arabe, Autor desconhecido.

Resumo

Nos dias atuais ainda continuamos com os mesmos processos de execução dechamada de presença em sala de aula, utilizado no inicio do século XX, mesmo coma tecnologia atual, nada foi feito para melhorar o processo de forma automatizada, oprofessor continua tendo de gastar um tempo valioso para execução desse processo.

Esse trabalho apresenta um protótipo para automação do processo de cha-mada utilizando microcontroladores e biometria digital, por ser um processo de fácilimplementação e por possuir módulos no mercado voltado para microcontroladores.

O projeto será implementado usando o método de desenvolvimento em cascata.O banco de dados utilizado é o Microsoft SQL Server, uma página web para cadastrardados básicos para gerar informações necessárias para que o dispositivos possa geraros registros das chamadas de presenças.

Para enviar e receber os dados do dispositivo através de um web service,hardware é utilizado é o Arduino Mega, um display LCD 20 caracteres por 4 linhas, umRelógio de tempo Real (RTC), um módulo de leitura e gravação de SD, um módulo Wifie um módulo de leitura biométrica digital.

Este protótipo idealizado neste trabalho se mostrou uma proposta válida e usual,sendo possível criar um produto comercial com uma engenharia mais elaborada.

Lista de Figuras

Figura 1 – Dispositivo Presença Digital da Madis . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Figura 2 – Dispositivo Presença da Ahgora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Figura 3 – Exemplo de papilas e ramificações da digital . . . . . . . . . . . . . 19Figura 4 – Exemplo de sensor óptico de captura de digitais . . . . . . . . . . . 20Figura 5 – Processo do sensor óptico de captura de digitais . . . . . . . . . . . 20Figura 6 – Desenho da aplicação Autochamada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Figura 7 – método cascata aplicado no projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 8 – Diagrama Conceitual do Banco de Dados . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 9 – Diagrama de Entidade Relacional do Banco de Dados . . . . . . . . 25Figura 10 – processo de cadastro das digitais de professores e alunos . . . . . . 26Figura 11 – processos básicos para execução da chamada . . . . . . . . . . . . 27Figura 12 – placa de desenvolvimento Raspberry Pi 2 . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 13 – placa de desenvolvimento BeagleBone Black Rev.C . . . . . . . . . 28Figura 14 – Ligações dos módulos ao Arduino Mega . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 15 – Tela inicial do Site de Apoio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 16 – Tela de cadastro de alunos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 17 – Tela de Relacionamento do Aluno com as Disciplinas . . . . . . . . 31Figura 18 – Tela de Cadastro de Disciplinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 19 – Tela de Cadastro de Professor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 20 – Tela de relacionamento Professor com Disciplinas . . . . . . . . . . 33Figura 21 – Tela de Cadastro de Usuário do Professor . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 22 – Componentes arquiteturais de um Web Service . . . . . . . . . . . . 34Figura 23 – Compara entre resposta SOAP e REST . . . . . . . . . . . . . . . . 35Figura 24 – Especificação Arduino Mega 2560 Rev. 3 . . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 25 – Descrição dos recursos da placa Arduino Mega 2560 Rev.3 . . . . . 37Figura 26 – Ambiente de desenvolvimento do Arduino . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 27 – Displya LCD 20 carcteres por 4 linhas . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 28 – Teclado Matricial de membrana de 16 teclas . . . . . . . . . . . . . 39Figura 29 – Real Time Clock RTC DS3231 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 30 – Módulo WiFi ESP8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 31 – Módulo Cartão SD Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 32 – Scanner biométrico GT-511C1R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 33 – Diagrama do processo de sincronismo . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 34 – Exibição dos dados recebidos do dispositivo . . . . . . . . . . . . . 44

Lista de abreviaturas e siglas

BBC British Broadcasting Corporation, é uma emissora pública de rádio etelevisão do Reino Unido fundada em 1922. Possui uma boa reputaçãonacional e internacional.

BLL Camada lógica de negócio do acrônimo em inglês Business Layer Logic

DAL Camada lógica de dados do acrônimo em inglês Data Layer Logic

Json Objeto de notação Javascript do acrônimo em inglês Javascript ObjectNotation

KB Kilo Bites

mA mili Ampere

MEC Ministério da Educação e Cultura

Mhz Mega Hertz

MODEL Camada de modelo de entidades

PO Product Owner

REST Representação de estado de transferência do acrônimo em inglês Re-presentational State Transfer

SD Solid Disk

UDDI Universal Description, Discovery and Integration

UI Interface com usuário do acrônimo em inglês User Interface

UML Unified Modeling Language

USB Universal Serial Bus

V Volts

W3C World Wide Web Consortioum, entidade que regulamenta os padrõesde internet

WIFI abreviatura do termo inglês "Wireless Fidelity", é possível implemen-tar redes que conectam computadores e outros dispositivos a redesprivadas, publicas ou glabais como a internet.

WSDL Web Service Description Language, documento que descreve um ser-viço Web

XML Linguagem de marcação extensível do acrônimo em inglês ExtensibleMarkup Language

Sumário

1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2 Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.1 Fontes de Pesquisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 Descrição dos capítulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Cenário atual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5 Base teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6 Biometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

7 Modelagem do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217.1 Método de Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227.2 Modelagem do Banco de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237.3 Casos de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.4 Desenvolvimento do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.5 Descrição da solução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287.5.1 A página Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.5.2 O Serviço Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

8 O Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368.0.3 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368.1 Display LCD 20x4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388.2 Teclado Matricial de Membrana 16 teclas . . . . . . . . . . . . . . 398.3 Módulo Real Time Clock RTC DS3231 . . . . . . . . . . . . . . . . 398.4 Módulo Wifi ESP8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408.5 Módulo Cartão SD Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408.6 Scanner biométrico GT-511C1R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

9 Coleta de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

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1 Introdução

Nos dias de hoje é necessário aproveitar o máximo do tempo para ser compe-titivo. O mercado hoje está cada vez mais especializado, e o mesmo conhecimentoque era necessário para os alunos de décadas anteriores, não é mais suficiente paragarantir uma boa colocação no mercado.

Por isso é necessário encontrar uma forma de otimizar o tempo que se tem, a fimde melhorar e adquirir mais conhecimento, tornando-se uma pessoa mais especializada,muito mais útil para o mercado atual.

Na questão de aprendizado observa-se que existe uma certa perda de tempo deaula devido a execução da chamada de presença. Conforme é mencionado no artigoda ??)1 Brasil de 20 novembro de 2014, os professores perdem um dia por semanade aula por conta de tarefas burocráticas, entre elas a chamada de sala de aula. Essetrabalho propõe uma forma de automatizar o processo de chamada de sala de aula,para tentar minimizar este tempo gasto com a chamada de sala de aula, e poderdisponibiliza-lo para os professores e alunos aplicarem em outras atividade ou estudosmais necessários.

Para fazer algo que possibilite garantir a segurança da informação e a agilidadena captura das presenças dos alunos, foi proposto o uso biométrico na captura dasdigitais dos alunos.

O processo consiste basicamente em o professor fazer a abertura da chamada,e após isso permitir que os alunos registrem a presença fornecendo a leitura da digitaldo dedo indicador.

Seram utilizados dispositivos eletrônicos disponíveis no mercado e a preçosacessíveis, para execução da montagem e apresentação de um protótipo. Haveráuma base de dados do sistema para teste que conterá os dados necessários aofuncionamento do sistema de chamada, podendo ou não refletir a realidade da base dedados de uma instituição.

Os dados trafegarão por sistema de serviços chamados de Web Services, ondeos dados serão enviados a um servidor e este processará e gravará na base de dados.

Este serviço também será responsável por disponibilizar informações de profes-sores e alunos ao dispositivo de captura de chamada. Podendo fornecer informações dechamadas capturadas ao sistema interno da instituição para diversos usos como enviar1 BBC - British Broadcasting Corporation, é uma emissora pública de rádio e televisão do Reino Unido

fundada em 1922. Possui uma boa reputação nacional e internacional.

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a cantina, a relação dos números de alunos presentes, para otimizar a quantidadede merenda necessário para atender os alunos, ou mesmo dispor informações depresença do aluno em um portal da instituição, para serem acessados pelos pais dosalunos, entre outros usos.

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2 Apresentação

Hoje em dia, mesmo com toda a tecnologia disponível, ainda não existe umaforma de executar a chamada em sala de aula de forma automatizada.

Mesmo sem incentivo do MEC1, que é o órgão governamental responsável portoda a parte acadêmica em nosso país, é possível encontrar-se no mercado poucasofertas de uma automação da chamada em sala de aula, mas todas semelhantes, ecom a mesma característica, de ser fixado em um ponto da entrada da sala de aula.

Esses equipamentos oferecidos nem sempre atendem a necessidade das es-colas, obrigando as instituições de ensino a se adaptarem ao equipamento, e não oequipamento ser adaptado a situação corriqueira das instituições de ensino.

O dispositivo descrito neste projeto, é uma proposta de desenvolvimento de umequipamento mais compacto e que visa dar mais liberdade e autonomia ao profes-sor, preservando seus status de autoridade absoluta em sala de aula, e ao mesmotempo sendo flexível o bastante, para não provocar grandes interrupções, dando apossibilidade melhor aproveitar o tempo destinado a aula.

2.1 Fontes de Pesquisas

As informações e técnicas de desenvolvimento foram utilizadas em sua maioriaas que foram passadas durante o curso de Sistemas de Informações e os anos deensino médio e fundamental. Já a parte que se refere ao desenvolvimento do hardwarebaseá-se nos materiais fornecidos no site oficial do ??) e no livro McRoberts (2012).

Foi também consultado muito material de estudo sobre ??), no site LabDeGara-gem (2015), onde existe um fórum de discussão sobre microcontroladores de formageral, onde foi possível encontrar informação sobre diversos módulos, necessários aeste projeto.

Outra fonte de informação sobre os módulos, foram os próprios sites ondeforam comprados os módulos como FilipeFlop (2015) e RoboCore (2015). Este sitesalém de venderem equipamentos para iniciantes, hobistas e até mesmo profissionais,ambos mantém um blog2 técnico, onde são postadas informações e exemplos de usosdos produtos oferecidos no site.1 MEC - Ministério da Educação e Cultura2 Blog - É um site cuja estrutura permite a atualização rápida a partir de acréscimos dos chamadosarti-

gos ou posts.

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2.2 Justificativa

Por não termos nenhum equipamento hoje disponível no mercado que sejacompacto HandHeld3, surgiu a ideia de se criar um dispositivo dedicado e compactoo bastante para ser passado de mão em mão, dando a liberdade ao professor noprocesso de trabalhar sua aula normalmente, outra característica que foi pensada paraeste dispositivo, é sempre permitir o professor ter o controle da chamada, mantendo aele sua autoridade em sala de aula.

2.3 Descrição dos capítulos

No capítulo 3, é descrito como está o cenário atual e como existem poucassoluções no mercado, a falta de interesse de empresas especializadas na aréa deautomação deixa este ramo carente de soluções tanto de softwares como hardwarededicados as necessidades de uma instituição.

O capítulo 4, é uma descrição do objetivo deste projeto, sua intenção, deixandoclaro os limites e qualidades finais do protótipo apresentado. No capítulo 5, são abor-tadas as referencias teóricos de regras de negócios e base técnicas utilizadas naimplementação.

O capítulo 6, descreve um pouco da história do surgimento da biometria, seusdiversos tipos e qual será utilizado no projeto. Finalmente, no capítulo 7, é apresentado adocumentação da modelagem do projeto, descrevendo como foi pensada a solução,qual modelo de desenvolvimento aplicado, como foi modelado o banco de dados, casode usos dos processos feitos pelo sistema, descrição do funcionamento do web servicee descrição do hardware utilizado e sua implementação.

O capítulo 8 é explicado cada módulo utilizado no desenvolvimento do dispositivo,no capítulo 9 é explicado o processo de coleta de dados e demonstrado o retornono site de apoio, o capítulo 10 são apresentadas as considerações finais e possíveispontos de melhorias.

3 HandHeld - diapositivo mais compacto que notebooks podendo ser utilizado na palma da mão, daívem o termo handHeld, os primeiros handhelds foram os PalmTops fabricados pela extinta Palm One.

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3 Cenário atual

Hoje, a execução da chamada de presença em sala de aula é modo ma-nual, onde o professor utiliza uma parte do tempo da aula para executar chamada, deforma oral, utilizando uma caderneta.

Quanto maior o número de alunos de uma sala de aula, mais tempo é necessáriopara concluir a execução da lista de chamada, e mais difícil manter o controle dosalunos, por que conforme a chamada vai chegando ao final, os que já responderão vãoconversando e isso atrapalha o professor. Nos dias atuais fica complicado utilizar estetempo de aula com uma tarefa que é possível de ser automatizada.

Infelizmente não houve muito interesse do setor privado, e nem mesmo dopróprio governo em desenvolver ou estimular empresas privadas, para automatizar dealguma forma este processo. Poucas empresas têm se interessado em desenvolveruma solução. Atualmente existem duas empresas no mercado tentando implantar suassoluções de automatização.

A empresa ??)1, desenvolveu uma solução que se assemelha a um relógioponto, utilizadas na captura de entrada e saída de turnos em empresas. Esta soluçãofica fixa em um ponto na entrada de sala de aula, onde os alunos se identificam comuso de impressões digitais conforme figura 1.

Figura 1 – Dispositivo Presença Digital da Madis

Fonte: http://www.madis.com.br/produtos/presenca-digital.html

Este projeto da ??), está em uso em uma escola do Litoral Paulista na cidadede Praia Grande, os equipamentos foram fixados nas entradas de sala de aula, onde oaluno antes de entrar ou após sair da sala de aula faz o registro com seu polegar.

??)2, é outra empresa que possui um equipamento desenvolvido para execução1 Madis - Empresa de automação na área de relógio ponto, localizada em São Paulo, está no mercado

desde 1923.2 Ahgora - Empresa de automação na área de relógio ponto localizada no polo de tecnologia de

Florianópolis-SC.

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de chamadas de sala de aula, o projeto dela é semelhante ao da Madis conformemostra a figura 2, mas não houve nenhuma divulgação da empresa onde foi implantadoou relato de algum projeto piloto com este equipamento.

Figura 2 – Dispositivo Presença da Ahgora.

Fonte: http://www.ahgora.com.br/escolar

Devido essa falta de interesse das empresas, e os dispositivos oferecidos atual-mente, tornaram o processo de chamada muito fechado e limitado. Como não existenenhum dispositivo compacto e possa ser utilizado sem nenhum tipo de instalação eou fixação.

Surgiu a ideia de fazer algo mais flexível, a fim de evitar filas na entrada esaída da sala de aula durante o períodos de aula. Um dispositivo que seja compactoo bastante para ser passado de mão em mão, e que possa ser compartilhado comprofessores e outras turmas, desta forma gerando uma economia na quantidade deequipamentos necessários.

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4 Objetivo

O objetivo é criar um protótipo que terá o nome de Autochamada e que possapassar a ideia do dispositivo real que poderia ser comercializada, ou seja o projeto emquestão demonstrado é uma implementação da ideia, utilizando protoboard1 e placasencontradas no mercado para desenvolvimento de protótipos, como a linha Arduino.

Esse projeto deverá mostrar uma forma de aplicar o processo de chamada, deforma compacta, com sincronismo via wifi2, utilizando uma base de dados e demons-trando o resultado da chamada em uma página web.

1 Protoboard - Uma placa de ensaio ou matriz de contato, (ou protoboard, ou breadboard em inglês)é uma placa com furos (ou orifícios) e conexões condutoras para montagem de circuitos elétricosexperimentais.

2 Wifi - Abreviatura do termo inglês “Wireless Fidelity”, é possível implementar redes que conectamcomputadores e outros dispositivos a redes privadas, publicas ou glabais como a internet.

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5 Base teórica

As regras de negócio para elaboração do processo de chamada em sala deaula não foram feitas através de entrevistas com nenhuma entidade, foi baseada naexperiência e observação como aluno durante as aulas deste curso e durante ensinomédio.

Esta experiência adquirida como aluno, deverá ser suficiente para elaboração eapresentação de um dispositivo voltado a execução da chamada de sala de aula. O sis-tema de retaguarda(página Web) é responsável por gerar informações necessárias,a apresentação dos dados no dispositivo desenvolvido, assim como o sincronismo eexibição dos dados coletado das fictícias chamadas.

A etapa de desenvolvimento utiliza conceitos aprendidos em sala de aula duranteo curso de Sistemas de Informação, bem como as técnicas de pesquisas que forampassadas. Às quais possibilitaram a pesquisa do desenvolvimento e implementação dohardware.

As informações do hardware foram adquiridas no site oficial da comunidade (??),a qual possui muitos membros ativos e em constantes evolução, onde é possível en-contrar apoio e soluções para superar as dificuldades de desenvolvimento do hardwaredurante sua implementação.

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6 Biometria

Conforme descrito na história da biometria no site de consultoria em biometriachamado ConsultoresBiometricos (2015), a biometria é um conjunto de análises deestatísticas de características biológicas, um cientista Dr. Francis Galton1 com suaspesquisas possibilitou o surgimento da biometria moderna.

Graças a sua paixão por matemática em especial unidades e medidas, que elecriou o primeiro sistema de biometria utilizando digitais em 1892, e foi considerada umadas formas mais confiáveis e aceitas até como provas criminais, até o surgimento datecnologia do DNA.

Foi somente nas décadas de 1960 e 1970, que surgiram dispositivos que eramcapazes de utilizar análise de imagens através de algoritmos computacionais, capaz deconseguir fazer uma comparação de forma automática e mais rápida que os processosmanuais existentes na época.

Durante este período também surgiram outros tipos de controle utilizando abiometria humana, tais como do olho utilizando a íris ou a retina, que analisa caracte-rísticas únicas de vasos e desenhos do olho humano de indivíduo para indivíduo, e omais interessante neste tipo é, que ela se perde quando a pessoa morre ou se o olhofor arrancado.

Surgiu também a biometria da palma da mão, que consiste em analisar ageometria da mão, como tamanho da palma, dos dedos e dobras da pele.Outro tipo desenvolvido foi a biometria da face, esta é como a da palma da mão queanalisa a geometria do rosto humano, tais como, formato do rosto, proporções entre asdistâncias dos olhos, boca, queixo.

A biometria da voz ou “identidade da fala”, como é mais correto afirmar, baseia-se na análise da ressonância da voz causado pelo comprimento das cordas vocais.

Já as biometrias da escrita e ritmo datilográfico são na verdade biometriascomportamentais, conceitualmente diferentes dessas outras, que são característicasfísicas humanas.

Os níveis de segurança que um sistema biométrico pode oferecer é consideradodos mais altos, devido ser uma identificação do tipo:

• Singularidade, tão únicas quanto possível;1 Francis Galton nasceu em Birminghan, Inglaterra a 16 de fevereiro de 1822. Primo de Charles Darwin,

foi um dos pioneiros do emprego da Estatística e seu uso em medições biométricas.

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• Universalidade, existem em tantas pessoas quanto possível;

• Mensurabilidade, é possível de ser medida;

• Uso amigável, são fáceis e confortáveis de serem medidas.

A biometria digital, é a mais utilizada nos dias de hoje. Está em uso em muitosdispositivos voltado para o público geral.

Por ser um tipo mais comum e mais fácil de encontrar um módulo pronto voltadopara plataforma ??), que será explicado mais adiante, este tipo biométrico será adotadono projeto desse dispositivo, para validar a presença do aluno pela digital.

O tipo de análise biométrica digital, consiste em alguns sensores a análise daspapilas e ramificações das linhas papilares também chamadas de bifurcações este tipode análise é chamado de minúcias, ver figura 3.

Figura 3 – Exemplo de papilas e ramificações da digital

Fonte: http://www.consultoresbiometricos.com.br

Outros sensores fazem uso de análise de pequenos poros nos dedos, e assimcomo as minúcias proporcionam uma identificação única que diferencia uma pessoapara outra.Existem sensores disponíveis no mercado utilizam quatro tecnologias diferentes, aóptica, a termal ou tátil, captação e a ultrassom.

O processo de funcionamento dos diversos tipos de sensores biometricos con-forme descrito no site ConsultoresBiometricos (2015), ocorre da seguite forma.

A captura óptica figura 4, normalmente envolve a geração de uma fonte de luz,a qual é reflacionada através de um prisma, em cuja superfície de vidro o dedo écolocado. A luz brilha na ponta do dedo e a impressão é feita pela imagem do dedoque é capturada.

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Figura 4 – Exemplo de sensor óptico de captura de digitais


Captura termal ou tátil, utilizam uma sofisticada tecnologia de pequenas pastilhasde silicone para conseguir os dados da imagem digital. O usuário posiciona um dedono sensor que sentirá o calor ou a pressão do dedo e o dado será capturado.

Captura por captação, sensores de silicone medem as cargas elétricas e dãoum sinal elétrico quando o dedo é colocado em sua superfície.

Captura ultrassom, utiliza ondas de som abaixo do limite de audição humano.Um dedo é colocado no scanner e ondas acústicas são usadas para medir a densidadedo padrão da imagem digital.

Como podemos ver, a captura da imagem da digital, mesmo com tecnologiasdiferentes, o processo é basicamente o mesmo, onde é gerado uma imagem da digital,que depois é convertida em dados e registrada em um sistema ou base de dados, verfigura 5.

Figura 5 – Processo do sensor óptico de captura de digitais


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7 Modelagem do Sistema

A modelagem do sistema segue através do método de desenvolvimento emcascata, será utilizado como banco de dados o Microsoft SQL Server, onde o sistemaweb gravará os dados dos cadastros básicos, possibilitando o funcionamento do hard-ware. Terá um serviço web, que será responsável pelo sincronismo das informaçõesentre o hardware e o sistema web.

Como hardware foi adotado a plataforma ??), que tem um comunidade muitoativa, e um vasto acervo de informações e módulos prontos no mercado, que podemreduzir o tempo de implementação de projeto.

Além de não ser necessário um conhecimento mais profundo no desenvol-vimento do hardware, na figura 6 segue o desenho da solução Autochamada, quedemonstra como estarão trabalhando todas as camadas da aplicação.

Figura 6 – Desenho da aplicação Autochamada

Fonte: próprio autor

No centro temos a camada web, onde a camada UI (User Interface/Interfacecom Usuário) representa a parte web que será a página onde usuário fará os cadastrose poderá visualizar os dados recebidos da chamada.

A camada BLL(Business Layer Logic/ Camada Lógica de Negócio) conteráas regras de negócios para validação dos dados no processo de cadastro, a MO-

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DEL(Modelo) é uma camada que representa os dados em formato de Objeto para serconsumido tanto pela BLL, UI, DAL(Data Layer / Camada de Dados).

A camada DAL ela é responsável por executar a manipulação dos dados noservidor MS SQL Server e converter no formato SQL as representações de dadosMODEL, recebidos da BLL ou Services, bem como converter de SQL para formatoObjeto MODEL. O processo de sincronismo é de responsabilidade da camada SERVI-CES(Serviço) ela receberá as solicitações de sincronismo tanto de dados de cadastro,como dos dados coletados no processo de chamada executados pelos dispositivo ??).

7.1 Método de Desenvolvimento

Para este desenvolvimento foi utilizado o método em cascata, já o métodoespiral é mais indicado quando se tem uma interatividade e geração de versõesincrementais para avaliação e teste pelo cliente ou equipe de teste, não se aplica aeste projeto.

Já método scrum que é um método ágil largamente sendo adaptado e utilizadono mercado, não se aplica por ser um método voltado para uma equipe com maismembros e clientes bem definidos, pois no scrum além da figura do desenvolvedor, tembem definido o papel do scrum master, que é como um coordenador da equipe quetambém faz parte do desenvolvimento diário, existe também o papel do PO(ProductOwner ) que este é o cliente que em geral é o dono do projeto, normalmente eledetermina as regras de negocio e detalhes do produto que será definido.

No nosso método em cascata iremos ter as fases de pesquisa e análise, desen-volvimento Web e hardware, testes e simulações e implantação, conforme demonstradona figura 7.

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Figura 7 – método cascata aplicado no projeto

Fonte: Próprio Autor

7.2 Modelagem do Banco de Dados

A modelagem dos dados, contém os dados básicos e necessários ao hardware,para que possa executar as tarefas propostas para demonstração do protótipo, na figura8, o diagrama conceitual do banco de dados demonstrando quais entidade existirãono projeto e como elas se relacionarão no sistema.

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Figura 8 – Diagrama Conceitual do Banco de Dados


Na figura 9 o digrama de entidade relacional, neste diagrama é demonstradoquais tabelas serão criadas no banco de dados, no caso da tabela professor ele possuíraum usuário e por este motivo ele se relaciona com a tabela usuários, o professortambém poderá exercer mais de uma disciplina, assim como a mesma disciplina podeser executado por mais de um professor, neste caso temos um relacionamento demuitos para muitos, por este motivo é criado uma tabela intermediária que faz a “ponte”entre muitos professor e disciplinas.

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Figura 9 – Diagrama de Entidade Relacional do Banco de Dados


Esta mesma situação ocorre no relacionamento entre aluno e disciplina, damesma forma um aluno pode cursar várias disciplinas e uma disciplina pode ser cursadapor vários alunos, da mesma forma que aplicado o conceito de tabela intermediáriapara fazer a ponte entre “muitos alunos para muitas disciplinas”, também foi criada umatabela para representar a lista de chamada com o nome de “Lista_Presentes”, estatabela se relaciona com as tabelas disciplinas e alunos.

7.3 Casos de Uso

O dispositivo poderia ser utilizado para vários situações corriqueiras, umas delasé o cadastro das digitais tanto dos alunos como dos próprios professores, abaixo nafigura 10 é demonstrado em forma de UML1 uma situação de cadastro das digitais,onde o ator secretaria que representa qualquer membro da secretaria com autorizaçãopara efetuar este tipo de cadastro, neste processo o dispositivo visa reduzir o custocom a compra de outro equipamento ou sistema de cadastro de digitais.1 UML - É um acrônimo para a expressão Unified Modeling Language, é uma linguagem que define

uma série de artefatos para modelagem e desenvolvimento de sistemas.

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Figura 10 – processo de cadastro das digitais de professores e alunos


No próximo diagrama UML da figura 11, está representado todo o processodas principais funções do dispositivo. o professor poderá executar o processo desincronismo dos dados, recebendo os dados de cadastro de professores, disciplinas ealunos, assim como as tabelas de relacionamentos, armazenando no dispositivo emcartão de memória do tipo SD(Solid Disk ) e enviará os dados das chamadas feitas.

O processo abre chamada, consistirá em o professor abrir a chamada no dis-positivo e o passando para o primeiro aluno. Que fornecerá a digital para registrar asua presença, após o registro do aluno, o próprio aluno deverá passar o dispositivospara o aluno seguinte, fornecer a sua digital e assim registrar sua presença, e assimsucessivamente até que o último aluno tenha registrado sua presença.

Enquanto ocorre este processo dos alunos fornecendo as digitais para registrara presença, o professor poderá prosseguir com as atividades da aula. Quando o últimoaluno já tiver feito o registro de sua presença, deverá devolver o equipamento aoprofessor.

O qual executará o processo encerra chamada, finalizando o registro das cha-madas, esses dados armazenados nesse momento estarão disponíveis para envio aoservidor, através do processo de sincronismo de dados.

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Figura 11 – processos básicos para execução da chamada


7.4 Desenvolvimento do Sistema

Existem outras plataformas que poderiam ser utilizadas, como a ??) figura 12,??) que também são plataformas Open Hardware2, ou ate mesmo criar um sistemamicrocontrolado dedicado utilizando algum microcontrolador disponível no mercado,como PIC fabricado pela Microchip ou Freescale, que era uma divisão da Motorola ehoje é uma empresa independente.

Neste caso ficaria muito mais complexo e seria necessário um conhecimento deeletrônica e desenvolvimento de hardware mais profundo. Por este motivo foi escolhidoa plataforma ??), por ser uma plataforma mais flexível, que simplifica toda forma deacesso ao microcontrolado.

E por ter muito mais exemplos de uso, bibliotecas e módulos prontos, voltadopara prototipação. Ainda tem uma vantagem de possuir uma comunidade muito ativa2 Termo em inglês para especificar um hardware livre, para ser distribuido ou comercializado como é

feito com o software livre.

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na internet, onde se pode conseguir apoio e ajuda, com qualquer tipo de módulo ourecurso do Arduino.

Figura 12 – placa de desenvolvimento Raspberry Pi 2

fonte: http://www.filipeflop.com

Figura 13 – placa de desenvolvimento BeagleBone Black Rev.C

fonte: http://www.filipeflop.com/

7.5 Descrição da solução

Para elaboração do sistema será necessário o desenvolvimento de um hardwarebaseado na plataforma Arduino, um banco de dados, uma página Web e um serviçoWeb, na figura 14 segue as ligações dos módulos ao Arduino Mega.

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Todos os módulos são ligados ao Arduino Mega, através de conexões feitaspor fios em uma protoboard, estas ligações serão utilizadas futuramente, como basena criação da placa de circuito impresso, com as conexões para cada módulos e seuperfeito acoplamento na placa do Arduino Mega.

Figura 14 – Ligações dos módulos ao Arduino Mega


7.5.1 A página Web

A página web é feita para gravar cadastro de informações básicas para geraros dados necessários a simulação do hardware, neste momento não será um sistemaelaborado para retratar a real estrutura de uma escola, pois a intenção deste projeto étestar a ideia e sua viabilidade de ser desenvolvida.

A página acessará uma base de dados Microsoft SQL Server, o qual foi escolhidopor estar complemente integrado ao Visual Studio, facilitando a implementação dosprocessos de leitura e gravação dos dados no banco de dados.

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Nesta página foi feita uma tela inicial figura 15, que da uma descrição do sistema,deixando o usuário informado que se trata de um sistema em fase de protótipo, e possuium botão que abre o site do Arduino, caso o usuário queira consultar alguma informaçãosobre a plataforma adotada.

Figura 15 – Tela inicial do Site de Apoio


Todos os cadastro podem ser acessados através do menu lateral, o cadastro doaluno figura 16, possui uma listagem dos alunos cadastrados, onde é possível adicionarum novo aluno através do botão Novo, ou fazer pesquisa em qualquer colunas da lista,digitando no campo pesquisa.

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Figura 16 – Tela de cadastro de alunos


Ainda na tela do cadastro dos alunos, é possível fazer o relacionamento doaluno com as disciplinas que esteja cursando conforme exibido na figura 17.

Figura 17 – Tela de Relacionamento do Aluno com as Disciplinas


O cadastro das disciplinas, exibindo uma lista com as disciplinas cadastradas,figura 18. Possui a mesma funcionalidade que o cadastro dos alunos, é possível,adicionar uma nova disciplina, através do botão Novo, ou fazer pesquisa de qualquercoluna da lista exibida, através do campo Pesquisa.

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Figura 18 – Tela de Cadastro de Disciplinas


O cadastro de professores, exibe a lista de professores cadastrados, figura19. Com a funcionalidade semelhante ao cadastro de alunos, possui o botão Novo,para adicionar um novo professor, o campo de Pesquisa, utilizado para filtrar qualquerinformação das colunas.

Figura 19 – Tela de Cadastro de Professor


Neste cadastro ele possui a tela de relacionamento de professor com as disci-plinas figura 20, que ele ministra, e também para possibilitar o controle de aberturade chamada no dispositivo, tem um cadastro de Usuário figura 21. Para que possaadicionar um usuário e senha para cada professor, executar o processo de abertura dechamada.

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Figura 20 – Tela de relacionamento Professor com Disciplinas


Figura 21 – Tela de Cadastro de Usuário do Professor


7.5.2 O Serviço Web

O serviço web, é um aplicativo construído em uma arquitetura voltada para serexecutado sobre um servidor http, como IIS (Internet Information Service) da Microsoftou Apache3 da Apache.org. Este serviço não é feito para ser acessado por usuáriosfinais, por este motivo ele não possui uma interface de acesso para usuários.

Ele possui apenas uma estrutura de funções que é chamada de Web métodos,o qual são invocados pelos aplicativos clientes, onde estes aplicativos fazem estachamada através do protocolo http, utilizando um protocolo SOAP, que significa Simple3 Apache - Servidor http de código livre mantido pela organização Apache.org.

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Object Access Protocol, esse protocolo é determinado por documento trocado entre oservidor e o cliente chamado WDSL(Web Service Descrition Language).

Na figura 22, é mostrada um diagrama de como interagem os componentes deum web service. O registro UDDI(Universal Description, Discovery and Integration), éum serviço de diretório onde empresas podem registrar (publicar), e buscar (descobrir),por serviços Web (Web Services). Este serviço segue o padrões que determinado peloW3C(World Wide Web Consortium), que é um consórcio que determinam os padrõespara Web.

O cliente que é o solicitante do serviço acessa o UDDI, para obter o WSDL,que descreve como o serviço deve ser acessado, seguindo o formato de comunicaçãodescrito no WSDL, ele solicita o serviço enviando uma mensagem ao servidor.

O servidor, que é o provedor do serviço, mantém o documento WSDL atualizado,quando receber uma mensagem processa e devolve o resultado seguindo a definiçãodo documento WSDL.

Figura 22 – Componentes arquiteturais de um Web Service

fonte: http://www.diegomacedo.com.br/web-services/?print=print

Este documento determina como serão transitado as mensagem, define se utili-zará o XML(eXtensible Markup Language) ou REST(Representational State Transfer ).

Conforme mostra a figura 23, a diferença entre esses tipos de resposta, éREST é uma representação mais reduzida da informação, por não retornar informações

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de definição dos tipos de dados retornados, enquanto o SOAP apesar do nome dizerque é uma protocolo de acesso a objetos simples, ele retorna uma definição de tiposdos dados retornados, com isso a quantidade de informação é maior e com isso oconsumo de banda é maior.

Figura 23 – Compara entre resposta SOAP e REST


Por se tratar de um dispositivo baseado em um microcontrolador, que possuirecursos como memória, processamento e espaço de armazenamento limitados, foiadotado o serviço no formato de retorno e envio REST, esta escolha visa minimizar ouso dos recursos do dispositivo.

Este serviço será responsável por enviar e receber as informações ao dispositivoquando solicitado, as informações a ser enviadas será o cadastro de professores, usuá-rios dos professores, alunos, disciplinas, disciplinas dos professores e as disciplinasdos alunos.

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8 O Hardware

8.0.3 Arduino

Conforme o texto do livro Arduino em Ação (??) , o Arduino teve seu início noInteraction Design Institute na cidade de Ivrea, na Itália, em 2005. O professor MassimoBanzi estava tentando encontrar meios baratos para ensinar estudantes de designer atrabalhar com tecnologia, e teve contato com um outro pesquisador chamado DavidCuartelles da Universidade de Malmõ, na Suécia, este contato possibilitou o surgimentodo Arduino.

Devida a existência de produtos de mercado caros e muitas vezes não atendiamde forma plena suficiente para os exercícios do curso, as principais exigências doprojeto Arduino é que ele deveria barato, o preço almejado era não custar mais que umaluno gastaria para comer uma pizza, e deveria ser de fácil utilização, onde qualquerpessoa poderia utilizar.

Foi desenhado uma placa por David Cuartielles e um aluno de Massimo, DavidMellis, programou o software para ser executado pela placa. Massimo contratou umengenheiro local, Gianluca Martino, que trabalhou no Design Institute ajudando alunoscom seus projetos, Gianluca concordou em produzir uma tiragem inicial de 200 placas,que foram vendidas rapidamente.

Esta placa dessa primeira tiragem foi chamada de Arduino em referência a umbar frequentado pelo corpo docente e por alunos do instituto. As placas eram vendidasem formas de kit para que os alunos tivessem condições de fazer seus projetos.

O Arduino conquistou uma popularidade e atraiu olhares de designer e artistaque quiseram utilizar em seus projetos, quando o público percebeu que era fácil usar oArduino e de baixo custo isso tornou-o popular no mundo todo.

Hoje existe distribuidores autorizados pelo mundo todo, é possível criar suaprópria placa Arduino, pois ele utiliza a licença de Open Hardware, onde é permitidocriar réplicas sem infringir a lei de patentes.

Recentemente um projeto de um Brasileiro de uma placa Arduino utilizando umaplaca de uma face cobreada, foi aceito como referência de projeto pela comunidadeArduino oficial e todo o projeto está disponível no site oficial do Arduino.

Para este projeto o modelo do Arduino utilizado é o Mega 2560, este modelo foiescolhido devido seu número de portas, quantidade de memória para armazenamentodo programa, conforme mostra a figura 24 e na figura 25, demostra como as portas edemais recursos estão distribuídos pela placa Arduino Mega.

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Figura 24 – Especificação Arduino Mega 2560 Rev. 3

Fonte: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560

Figura 25 – Descrição dos recursos da placa Arduino Mega 2560 Rev.3

Fonte: http://www.embarcados.com.br/arduino-mega-2560

Para fazer o controle dessas portas e dos hardwares conectados nelas, temde ser desenvolvido um software conhecido como Firmware, este firmware é criadoatravés de um ambiente desenvolvimento fornecido no próprio site oficial do ??), nafigura 26.

Juntamente com o ambiente de desenvolvimento o instalador, instala um com-pilador para criar firmware, num formato aceito pelo microcontrolador, este softwarecompilado e transferido para o microcontrolador, através da próprio ambiente de desen-

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volvimento enviando o software através de uma conexão USB, assim que o software éenviado imediatamente a placa do Arduino inicia a execução do software.

Figura 26 – Ambiente de desenvolvimento do Arduino


8.1 Display LCD 20x4

O display é um LCD de 20 caracteres por 4 linhas (figura 27), este display seráutilizado na interface com o usuário, para fazer a interação dos menus, coletas depresença e sincronismo de dados com o servidor.

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Figura 27 – Displya LCD 20 carcteres por 4 linhas

Fonte: http://www.filipeflop.com/pd-6b7e6-display-lcd-20x4.html?ct=41d86&p=1&s=1

8.2 Teclado Matricial de Membrana 16 teclas

O teclado de membrana é um teclado (figura 28), feito de uma membranade policarbonato com os contatos dos botões, é utilizado para que o usuário possaselecionar menus, informar o dados e comandos conforme o fluxo do sistema de coleta.

Figura 28 – Teclado Matricial de membrana de 16 teclas

Fonte: http://www.filipeflop.com/pd-6b55a-teclado-matricial-de-membrana-16-teclas.html?ct=&p=1&s=1

8.3 Módulo Real Time Clock RTC DS3231

O módulo Real time Clock ou RTC como é conhecido (figura 29), é responsávelpor manter um relógio com data correta mesmo com o equipamento desligado, por quepossui uma bateria própria, dessa forma quando o software for consultar a data pararegistrar a presença, obterá uma data precisa e correta.

Figura 29 – Real Time Clock RTC DS3231

Fonte: http://www.filipeflop.com/pd-1c7dbf-real-time-clock-rtc-ds3231.html?ct=&p=1&s=1

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8.4 Módulo Wifi ESP8266

O módulo Wifi (figura 30), é responsável por criar um acesso a rede Wifi epossibilitar o acesso ao serviço de sincronismo de dados, este módulo escolhidopossibilita configurações para acessar qualquer rede Wifi utilizada hoje em dia.

Figura 30 – Módulo WiFi ESP8266

Fonte: http://www.filipeflop.com/pd-1f55ad-modulo-wifi-esp8266-serial.html?ct=&p=1&s=1

8.5 Módulo Cartão SD Card

Este módulo SD (figura 31), é utilizado para criar os arquivos de banco de dadospara que sistema possa gravar os dados recebidos do web service e arquivos de dadosde chamadas coletadas.

Figura 31 – Módulo Cartão SD Card

Fonte: http://www.filipeflop.com/pd-6b847-modulo-cartao-sd-card.html?ct=&p=1&s=1

8.6 Scanner biométrico GT-511C1R

O scanner biométrico (figura 32), é modelo feito para ser utilizado por micro-controladores, ele já possui um microcontrolador próprio que faz a leitura e aplica umalgoritmos de análise da digital coletada, possui memória para armazenamento de atévinte digitais.

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Figura 32 – Scanner biométrico GT-511C1R

Fonte: http://www.labdegaragem.com

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9 Coleta de Dados

Quando o professor iniciar o processo de sincronismo, o sistema solicitaráao servidor dados na seguinte sequencia, disciplina, Alunos, Alunos/Disciplinas querepresenta a relação entre a disciplina e o aluno, Professor, Professor/Disciplina querepresenta a relação entre o professor e disciplina e finalmente os dados de usuárioque esta relacionado ao professor.

Cada solicitação recebida será gravada no cartão SD, após a obtenção dosdados cadastrais, o sistema executa o envio dos dados coletados ao serviço web eeste executa a gravação dos dados, retornando que o recebimento dos dados, foi bemsucedido ou falha, se algo errado ocorrer.

Diagrama sequencial da figura 33, mostra como ocorre o processo de comuni-cação em cada etapa de forma sequencial.

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Figura 33 – Diagrama do processo de sincronismo

Fonte: O próprio Autor

Os dados enviados do dispositivo podem ser consultados através do site napágina de lista de presença conforme mostrado na figura 34.

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Figura 34 – Exibição dos dados recebidos do dispositivo


Nessa tela podemos ver os dados que dispositivo enviou ao servidor e executaralgumas pesquisas, digitando o que se deseja, o sistema se encarrega de fazer umabusca em todos os compôs da tabela onde esta exibido os dados recebidos.

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10 Conclusão

O projeto é complexo e desafiador, principalmente na parte do hardware, sendonecessario mais tempo e mais ajustes, para atender uma situação real de chamada emuma instituição, ajustar melhor o firmware, para o perfeito funcionamento dos módulosem um conjunto único.

Com mais ajustes poderia, ser aplicado a uma instituição e com as regras dechamada de sala de aula, assim poderia ser medido sua eficiência e aceitação pelosprofessores e alunos.

Mas para isso será necessário criar uma placa, com alimentação por meio debaterias e acondicionar todo o circuito em uma caxa de forma que fique compactoe confortável, de fácil o manuseio do equipamento, para atingir tal adequação seránecessário um conhecimento mais profundo de engenharia eletrônica.

O sistema de retaguarda, deverá não somente gerar dados básicos para o dis-positivo poder trabalhar, mas sim ter relatórios de diversos tipos conforme for levantadona instituição em que se aplicar o projeto piloto, mas pode-se dizer que é totalmentepossível e economicamente viável do ponto de vista técnico.

O sistema poderia atender a instituições tanto privadas como as publicas, epoderia ser utilizado por turmas de diversos níveis e idade, sendo possível atenderdesde do ensino básico, médio e superior.

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Referências

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ARDUINO. Arduino. 2015. Disponível em: <https://www.arduino.cc/>. Citado 7 vezesnas páginas 12, 17, 19, 21, 22, 27 e 37.

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