UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJA

CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS DA TERRA E DO MAR

CURSO DE CINCIA DA COMPUTAO

SISTEMA MICROCONTROLADO BASEADO EM AUTENTICAO

REMOTA E ACIONAMENTO POR MEIO DE DISPOSITIVOS MVEIS

por

Elienay da Cunha

Itaja (SC), novembro de 2013

UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJA

CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS DA TERRA E DO MAR

CURSO DE CINCIA DA COMPUTAO

SISTEMA MICROCONTROLADO BASEADO EM AUTENTICAO

REMOTA E ACIONAMENTO POR MEIO DE DISPOSITIVOS MVEIS

rea de Sistemas Embarcados e Distribudos

por

Elienay da Cunha

Relatrio apresentado Banca Examinadora

do Trabalho Tcnico-cientfico de Concluso

do Curso de Cincia da Computao para

anlise e aprovao.

Orientador: Douglas Rossi de Melo, M. Sc.

Co-orientador: Cesar Albenes Zeferino, Dr.

Itaja (SC), novembro de 2013

RESUMO

CUNHA, Elienay. Sistema microcontrolado baseado em autenticao remota e

acionamento por meio de dispositivos mveis. Itaja, 2013. 93 p. Trabalho Tcnico-

cientfico de Concluso de Curso (Graduao em Cincia da Computao) Centro de

Cincias Tecnolgicas da Terra e do Mar, Universidade do Vale do Itaja, Itaja, 2013.

Com a difuso dos dispositivos mveis, como smartphones e tablets, torna-se possvel e

desejvel a utilizao desses elementos em conjunto com outras tecnologias para o

desenvolvimento de diversos sistemas, como os sistemas de automao. Uma tecnologia que

pode ser utilizada nessa integrao corresponde aos microcontroladores, que so dispositivos

que contm recursos que permitem controlar mecanismos de diversas naturezas. possvel

controlar o acesso a um ambiente por meio de um sistema microcontrolado, utilizando

tcnicas de autenticao para manter algum nvel de segurana. Neste trabalho, utiliza-se uma

tcnica de autenticao multifator, com dois requisitos: algo que se possua (dispositivo mvel

com uma aplicao) e algo que se saiba (informaes de usurio e senha), para uma consulta

em um banco de dados externo. Foi utilizado o Arduino para a elaborao do sistema de

controle, por se tratar de uma plataforma aberta e de baixo custo que oferece os recursos

necessrios para a comunicao sem fio com o dispositivo mvel, para a autenticao do

usurio e para a ativao de um fecho eletromagntico. Como protocolo de comunicao entre

as unidades, foi utilizado o Bluetooth, comumente aderido pela maioria dos dispositivos

mveis. A aplicao para o dispositivo mvel foi desenvolvida para a plataforma Android,

que prov ao usurio uma interface grfica que permite a entrada dos dados e comunicao

por meios no guiados. Com a integrao dos dispositivos e tecnologias, foi possvel acionar

um fecho eletromagntico, mediante a autenticao de um usurio em uma base de dados

externa.

Palavras-chave: Automao. Arduino. Comunicao Mvel.

ABSTRACT

With the spread of mobile technologies such as smartphones and tablets, it is possible to use

these devices with other technologies for the implementation of many systems like automation

systems. Microcontrollers are a technology used to control mechanisms of various natures,

like environments access. In this work, it is used a multifactor authentication to control the

permission to access an environment which requires two conditions: something you have

(mobile device with an application) and something you know (user information and

password). It was adopted the Arduino technology as the microcontroller unit because it is an

open and low cost platform that provides the necessary resources for processing and wireless

communication with the mobile device for user authentication. Bluetooth was the wireless

communication protocol chosen to integrate the mobile device and the controller unit. The

software was developed for the Android platform, which provides to the user a graphical

interface that allows the entry of data and support to the communication protocol. After the

bed, it was possible to activate an electromagnetic lock, by authenticating a user in an

external database.

Keywords: Automation. Arduino. Mobile Communication.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Viso geral do sistema. ............................................................................................. 13 Figura 2. Modelo de referncia OSI. ........................................................................................ 19

Figura 3. Taxonomia por forma de energia .............................................................................. 22 Figura 4. Autenticao multifator: (a) Algo que se sabe; (b) Algo que se tem; (c) Algo que

parte do usurio ........................................................................................................................ 26 Figura 5. Duas piconets formando uma scatternet ................................................................... 27 Figura 6. Estrutura do quadro Bluetooth .................................................................................. 28

Figura 7. Viso frontal do Arduino Uno .................................................................................. 30

Figura 8. Viso frontal do Arduino Mega ADK ....................................................................... 31

Figura 9. Viso frontal do Arduino Nano ................................................................................. 32 Figura 10. Arquitetura do Android ........................................................................................... 36 Figura 11. Elementos do DroidLar ........................................................................................... 38 Figura 12. Telas da aplicao. (a) tela inicial; (b) tela de configuraes ................................. 40

Figura 13. Sistema de automao residencial ........................................................................... 41 Figura 14. Interface de Usurio ................................................................................................ 42

Figura 15. Comunicao com objetos da residncia atravs de celular ................................... 43 Figura 16. Componentes de hardware do mdulo conversor ................................................... 44 Figura 17. Viso macro do sistema DomoWeb ........................................................................ 45

Figura 18. Pgina de ambientes do DomoWeb ........................................................................ 46 Figura 19. Fecho eletromagntico Amelco FE61 ..................................................................... 49

Figura 20. Comunicao do dispositivo mvel com o Arduino ............................................... 50

Figura 21. Comunicao do Arduino com o servidor .............................................................. 50

Figura 22. Acionamento do fecho eletromagntico.................................................................. 51 Figura 23. Casos de uso ............................................................................................................ 53 Figura 24. Diagrama de sequncia ........................................................................................... 56

Figura 25. Diagrama de classes ................................................................................................ 57

Figura 26. Prottipo da tela de login ........................................................................................ 58 Figura 27. Tela do aplicativo mvel ......................................................................................... 60 Figura 28. Tela principal com a adio do menu ..................................................................... 61 Figura 29. Fluxograma das tarefas principais da aplicao Android ....................................... 65 Figura 30. Fluxograma dos processos implementados no mtodo loop ................................... 68

Figura 31. Mdulo EthernetShield acoplado ao Arduino Uno ................................................. 69 Figura 32. Mdulo Bluetooth e mdulo Rel acoplados na protoboard ................................... 70 Figura 33. Modelo esquemtico do Arduino ............................................................................ 70

Figura 34. Prototipao completa do Arduino.......................................................................... 72 Figura 35. Prototipao do Arduino acionando o fecho eletromagntico ................................ 73 Figura 36. Fluxograma da integrao com servidor ................................................................. 74 Figura 37. Execuo da aplicao Android. (a) Sansung Galaxy Young S5360; (b) Motorola

Xoom 2 ME .............................................................................................................................. 76 Figura 38. Resultado dos testes com identificador e senha corretos, sem permisso. (a)

Mdulo rel desligado e lmpada apagada; (b) Mdulo rel ativado e lmpada acesa............ 77 Figura 39. Tela da aplicao Android com mensagem de erro ao enviar dados incorretos ..... 77

LISTA DE QUADROS

Quadro 1. Comparativo dos trabalhos similares ....................................................................... 47 Quadro 2. UC01 Acionar o fecho eletromagntico ............................................................... 54

Quadro 3. UC02 Autenticar no sistema ................................................................................. 55 Quadro 4. Lista de componentes de hardware .......................................................................... 69 Quadro 5. Especificao do Arduino Uno ................................................................................ 71 Quadro 6. Custo dos componentes do prottipo....................................................................... 78

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACL Asynchronous Connection-Less

DARPA Defense Advanced Research Projects Agency

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

HTTP HyperText Transfer Protocol

IBM International Business Machine

ICSP In Circuit Serial Programming

IDC International Data Corporation

IOT Internet of Things

IP Internet Protocol

ISO International Standards Organization

LAN Local Area Network

LED Light Emitting Diode

MAC Media Access Control

NFC Near Field Communication

OPENGL Open Graphics Library

OSI Opens Systems Interconnection

PWM Pulse Width Modulation

RF Radio Frequency

SAR Servio de Automao Residencial

SCO Synchronous Connection Oriented

SGBD Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados

SPI Serial Peripheral Interface

TCP Transmission Control Protocol

TTC Trabalho Tcnico-cientfico de Concluso de Curso

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

UML Unified Modeling Language

UNIVALI Universidade do Vale do Itaja

USB Universal Serial Bus

XML Extend Markup Language

SUMRIO

1 INTRODUO .................................................................................................................. 10 1.1 PROBLEMATIZAO ..................................................................................................... 12

1.1.1 Formulao do Problema ............................................................................................. 12 1.1.2 Soluo Proposta .......................................................................................................... 12 1.2 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 13 1.2.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 13 1.2.2 Objetivos Especficos .................................................................................................... 14

1.3 METODOLOGIA ............................................................................................................. 14

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................................................ 15

2 FUNDAMENTAO TERICA ..................................................................................... 16 2.1 REDES DE COMPUTADORES ...................................................................................... 16 2.1.1 Usurios Mveis e Redes sem Fio ................................................................................ 17

2.1.2 Modelos de Referncia .................................................................................................. 17 2.2 MEIOS DE TRANSMISSO ............................................................................................ 21

2.3 INTERLIGAO DE REDES .......................................................................................... 22 2.4 INTERNET DAS COISAS (IOT) ...................................................................................... 24 2.5 AUTENTICAO ............................................................................................................ 25

2.6 BLUETOOTH .................................................................................................................. 26 2.6.1 Arquitetura do Bluetooth .............................................................................................. 26

2.6.2 A estrutura de quadro do Bluetooth ............................................................................. 27

2.7 MICROCONTROLADORES ............................................................................................ 28

2.7.1 Plataforma Arduino ...................................................................................................... 29 Software .................................................................................................................................... 29

Hardware .................................................................................................................................. 29 2.7.2 Arduino Uno ................................................................................................................. 30

2.7.3 Arduino Mega ADK ...................................................................................................... 31 2.7.4 Arduino Nano ................................................................................................................ 31 2.7.5 Diferenciais ................................................................................................................... 32

2.8 PLATAFORMA ANDROID .............................................................................................. 33 2.8.1 Arquitetura .................................................................................................................... 35

2.8.2 Diferenciais ................................................................................................................... 37 2.9 TRABALHOS SIMILARES ............................................................................................... 38 2.9.1 DroidLar Automao residencial atravs de um celular Android ............................ 38

2.9.2 Sistema de automao residencial baseado em Bluetooth usando celulares ............... 40 2.9.3 Domtica: Controle de automao residencial utilizando celulares com Bluetooth ... 42 2.9.4 DomoWeb ...................................................................................................................... 44 2.9.5 Anlise comparativa ..................................................................................................... 47

3 DESENVOLVIMENTO .................................................................................................... 48 3.1 VISO GERAL ................................................................................................................. 48 3.1.1 Escopo ........................................................................................................................... 51 3.2 REQUISITOS ................................................................................................................... 51 3.2.1 Requisitos funcionais .................................................................................................... 52

3.2.2 Requisitos no-funcionais ............................................................................................. 52 3.3 MODELAGEM ................................................................................................................. 53 3.3.1 Casos de uso ................................................................................................................. 53

3.3.2 Diagrama de sequncia ................................................................................................ 55 3.3.3 Diagrama de classes ..................................................................................................... 57 3.3.4 Prottipo de telas da aplicao .................................................................................... 57

4 IMPLEMENTAO ......................................................................................................... 59 4.1 APLICAO ANDROID ................................................................................................. 59 4.1.1 Interface com o usurio ................................................................................................ 59 4.1.2 Lgica da aplicao Android ....................................................................................... 62

4.2 APLICAO DO ARDUINO ........................................................................................... 65 4.2.1 Bibliotecas utilizadas .................................................................................................... 65 4.2.2 Codificao ................................................................................................................... 66 4.3 PROTOTIPAO DO SISTEMA EMBARCADO ............................................................ 68

4.4 INTEGRAO COM O SERVIDOR ............................................................................... 73 4.5 TESTES ............................................................................................................................ 74 4.5.1 Resultados ..................................................................................................................... 75 4.6 CUSTO DO PROTTIPO ............................................................................................... 78

4.7 DISCUSSO .................................................................................................................... 78

5 CONCLUSES .................................................................................................................. 79

APNDICE A. CDIGO-FONTE DA APLICAO ANDROID ..................................... 83

APNDICE B. CDIGO-FONTE DA APLICAO ARDUINO ..................................... 90

APNDICE C. CDIGO-FONTE DA PGINA AUTENTICA.PHP ............................... 93

10

1 INTRODUO

Com a difuso dos dispositivos mveis, em especial tablets e smartphones, tem se

buscado a disponibilizao de recursos e funes que facilitem a rotina dos usurios desses

bens de consumo. A popularizao de tais dispositivos no est relacionada apenas ao ganho

computacional que esses adquiriram com a evoluo dos processadores, mas tambm com a

integrao de variados componentes de hardware (GPS, cmera, decodificadores de mdia,

etc.) e principalmente com a possibilidade de conexo permanente com a Internet. Tal avano

tecnolgico tem permitido o aumento da capacidade de integrao de servios de diferentes

naturezas. De acordo com Weiser (1991), as tecnologias que perdurariam e seriam vistas em

todos os lugares seriam aquelas que se tornassem transparentes para os usurios e fossem

presentes no cotidiano humano. A onipresena de informao, somada proliferao de

dispositivos microprocessados, ficou conhecida como computao ubqua.

Segundo Taurion (2009), no ano de 2011, era esperado cerca de dois bilhes de

pessoas conectadas Web e um trilho de objetos conectados, de automveis a cmeras

digitais, de sensores em rodovias a colheitadeiras com GPS, criando uma verdadeira Internet

das Coisas (ou IoT Internet of Things). Esse conceito, que pode ser considerado como o

prximo passo da evoluo do uso da Internet, tem grande potencial para modificar

profundamente a sociedade e sua economia. A IoT combina a universalidade da Internet, que

j a principal infraestrutura de comunicao do planeta, com inteligncia ou software

embarcado em sensores e atuadores, modificando a maneira como o mundo fsico opera. Para

o uso dos sensores e atuadores previstos na abordagem da IoT, necessrio o emprego de

dispositivos capazes de efetuar o controle e comunicao dessas unidades.

Uma tecnologia que vem sendo utilizada em aplicaes baseadas no conceito de IoT

o Arduino. Trata-se de uma plataforma de hardware open-source, projetada em uma placa

nica, contendo um microcontrolador e um ambiente de desenvolvimento que permite

escrever e executar um cdigo de forma simples e clara. Essa plataforma pode ser utilizada

por iniciantes, mantendo-se ainda suficientemente flexvel para usurios avanados. Alm de

ser uma plataforma extensvel, que permite a ampliao e at a criao de uma verso prpria

do mdulo, um kit Arduino pr-montado pode custar menos de 50 dlares, sendo

relativamente mais barato em comparao com microcontroladores de outras plataformas

(ARDUINO, 2013a).

11

Muitas solues para IoT utilizam comunicao sem fio. Essa uma das tecnologias

que apresenta maior crescimento em relao aos meios de comunicao (FOROUZAN, 2006).

Para Coulouris, Dollimore e Kindberg (2007), a computao mvel surgiu devido

miniaturizao dos dispositivos e da conectividade sem fio. Outro motivo para a ascenso das

redes sem fio e dispositivos mveis foi a necessidade que as pessoas passaram a ter de estar

conectadas s redes em qualquer momento e lugar. Para permitir a comunicao sem fio entre

dispositivos de mesma natureza ou heterogneos, podem-se citar algumas tecnologias, tais

como: sinal infravermelho, Wi-Fi, Bluetooth, GPRS, entre outros.

Com o aumento do poder de processamento dos dispositivos mveis, aliado

complexidade crescente das aplicaes executadas nesses dispositivos, viu-se a necessidade

de sistemas operacionais capazes de gerenciar os recursos e funes a eles atribudos. De

acordo com Pereira e Silva (2009), o Android uma plataforma para tecnologia mvel

completa, incluindo um sistema operacional, middleware, aplicativos e interface de usurio. A

plataforma foi construda para permitir que os desenvolvedores criem aplicaes que tirem o

mximo de proveito que o dispositivo possa oferecer. Trata-se de uma plataforma open-

source, o que facilita ao desenvolvedor a incorporao e adaptao de novas funcionalidades.

Segundo o IDC (International Data Corporation) (2013), no primeiro trimestre de 2013

foram comercializados 152,3 milhes de smartphones, sendo que 59% destes operam o

sistema Android, enquanto que 23% correspondente ao iOS. O IDC ressalta que a ampla

liderana de mercado do Android deu-se pela variedade de modelos em que a plataforma

oferecida nas prateleiras, fazendo suas vendas saltarem 145% em relao ao ano anterior.

Analisando as tecnologias e abordagens mencionadas anteriormente, este TTC

(Trabalho Tcnico-Cientfico) visou a integrao de tais tecnologias na forma de um atuador

controlado pela plataforma Arduino (ex. fecho eletromagntico). Tal controle comunicado

por um dispositivo mvel, operando o sistema Android, por meio de um protocolo de

comunicao reconhecido pelas plataformas envolvidas (Arduino e Android). Por fim, so

verificadas as credenciais do usurio por meio de uma solicitao de autenticao do Arduino

a uma base de dados externa, via Internet.

12

1.1 PROBLEMATIZAO

1.1.1 Formulao do Problema

Evitar que pessoas no autorizadas tenham acesso a determinados ambientes, como

salas que contenham arquivos sigilosos, ou at mesmo em uma residncia cujo acesso na

maioria das vezes restrito ao grupo familiar, tem sido uma necessidade constante pela qual

as pessoas j esto habituadas. Mecanismos de segurana so empregados para controlar o

acesso, permitindo ou restringindo o acesso aos ambientes. De acordo com Ferreira (2003), o

controle ao acesso fsico a fim de proteger ambientes envolve o uso de chaves, trancas,

fechaduras, smartcards, biometria, etc. Segundo Montico (2009), a automatizao dos

mecanismos de controle de acesso uma alternativa que proporciona maior segurana, porm,

os custos de implantao ainda so altos.

1.1.2 Soluo Proposta

A soluo proposta neste trabalho a utilizao de um sistema microcontrolado para

fazer o acionamento de um fecho eletromagntico. Para permitir o acionamento, utilizada

uma forma de autenticao multifator, na qual necessrio algo que o usurio saiba (usurio e

senha) e tambm algo que ele possua (dispositivo mvel com a aplicao). Uma vez que o

usurio atenda esses dois requisitos poder realizar o acionamento do fecho. Na Figura 1

apresentada uma viso geral do sistema.

13

Figura 1. Viso geral do sistema.

O hardware para controlar o fecho foi baseado em Arduino, devido a esta ser uma

plataforma de baixo custo e de simples implementao. A aplicao foi desenvolvida para a

plataforma Android, por ser uma plataforma amplamente difundida atualmente, dentre outras

vantagens apresentadas no decorrer deste trabalho. A aplicao apresenta uma tela de

autenticao, na qual o usurio deve digitar seu identificador e a sua senha, sendo esses dados

enviados para o Arduino. Depois de receber os dados, os mesmos so enviados atravs de

uma requisio a um servidor. Este, por sua vez, retorna com o resultado da consulta na base

dados externa, verificando se o usurio possui permisso. Caso o retorno do servidor

identifique que o usurio possui a permisso, o Arduino aciona o fecho eletromagntico a fim

de liberar o acesso.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Desenvolver um sistema microcontrolado baseado em autenticao remota e

acionamento por meio de dispositivos mveis para restrio de acesso a um ambiente.

Arduino Uno +

mdulo Ethernet +

mdulo Bluetooth +

mdulo rel

Fecho

Eletromagntico

Amelco FE61

Servidor Apache +

MySQL

Smartphone

Android

Tablet

Android

14

1.2.2 Objetivos Especficos

Projetar a integrao dos mdulos de comunicao e nodos sensores com o

microcontrolador;

Implementar uma aplicao microcontrolada para acionamento do dispositivo a

ser automatizado;

Desenvolver uma aplicao a ser executada no dispositivo mvel para a

comunicao sem fio com o microcontrolador;

Executar a conexo do sistema microcontrolado com um banco de dados

externo para realizar a autenticao;

Executar a integrao da aplicao do dispositivo mvel com a aplicao do

microcontrolador.

1.3 METODOLOGIA

Para alcanar os objetivos especficos citados anteriormente, foram realizadas as

seguintes tarefas: pesquisa bibliogrfica, estudo, seleo e descrio do projeto, codificao

do software para o Android e para o dispositivo mvel, testes e validao.

A pesquisa bibliogrfica teve por objetivo levantar livros, artigos e sites para a

fundamentao terica deste trabalho, sendo ainda pesquisados trabalhos e projetos similares,

com finalidade de se conhecer o estado da arte dos conceitos abordados. Depois de reunido o

material de pesquisa foi realizado um estudo sobre alguns temas, dentre os quais se podem

citar: conceitos de Redes de Computadores, Meios de Transmisso, Interligao de Redes,

Internet das Coisas, Autenticao, Protocolo Bluetooth, Microcontroladores, Plataforma

Arduino e Plataforma Android. Aps este estudo, foi realizada a modelagem do sistema

desenvolvido, seguindo o padro UML (Unified Modeling Language), incluindo os requisitos

funcionais e no-funcionais, casos de uso, diagrama de sequencia e diagrama de classes.

Com a modelagem do sistema foi possvel a implementao do software de baixo

nvel e embarcado na placa Arduino UNO. Para isto, foi utilizada a IDE disponibilizada pela

plataforma. Tambm foi realizada a codificao do software para o dispositivo mvel,

baseado em Android. Para a elaborao desta etapa foram utilizadas as ferramentas

disponibilizadas pela plataforma Android, que inclui o SDK e plug-ins.

15

Uma vez que os dois softwares estavam concludos, iniciou-se a integrao do sistema,

como tambm, a integrao do Arduino com o banco de dados externo, onde foi utilizada uma

pagina PHP para fazer a comunicao entre o banco de dados e o Arduino. Depois de

concluda a integrao, alguns testes foram realizados para validar o sistema.

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este projeto est estruturado em cinco captulos: Introduo, Fundamentao Terica,

Desenvolvimento, Implementao e Consideraes Finais.

O Captulo 1, Introduo, apresenta uma viso geral do trabalho, trazendo uma

contextualizao breve sobre os conceitos abordados. Ainda neste captulo so apresentadas

uma descrio do problema e a soluo proposta, como tambm os objetivos do trabalho.

No Captulo 2, Fundamentao Terica, apresentada uma reviso bibliogrfica

sobre conceitos essenciais para elaborao deste trabalho, dos quais se destacam Redes de

Computadores, Meios de Transmisso, Autenticao, Plataforma Arduino e Plataforma

Android. Neste captulo, realizada tambm uma anlise dos projetos similares e um

comparativo entre ambos, a fim de se identificar caractersticas comuns e tecnologias

utilizadas.

O Captulo 3, Desenvolvimento, apresenta o projeto detalhado do sistema

desenvolvido, incluindo o levantamento de requisitos e a sua modelagem em UML. O

captulo tambm discute como foi implementado o sistema.

No Captulo 4, Implementao, apresentado como foi desenvolvido o sistema, desde

a sua codificao at os testes e resultados.

Concluindo, no Captulo 5, apresentam-se as consideraes finais, onde so

abordados os resultados preliminares, mudanas de algumas estratgias de desenvolvimento

do projeto, dentre outros.

16

2 FUNDAMENTAO TERICA

Este captulo aborda os conceitos de Redes de Computadores, Meios de Transmisso,

Interligao de Redes, Internet das Coisas, Bluetooth, Microcontroladores (Arduino) e

Plataforma Android. Neste captulo tambm abordada uma anlise de trabalhos similares.

2.1 REDES DE COMPUTADORES

A informtica, apesar de ser jovem em relao aos outros setores industriais

(automveis, transportes, etc.), teve um grande progresso em um curto perodo de tempo. No

incio de sua existncia, os sistemas computacionais eram altamente centralizados e

geralmente instalados em uma sala com paredes de vidro, para poderem ser contemplados.

Empresas de mdio porte ou universidades contavam com apenas um ou dois computadores e

as grandes instituies tinham no mximo algumas dezenas. No se imaginava que em apenas

20 anos haveria milhes de computadores igualmente avanados e do tamanho de um selo

postal (TANENBAUM, 2003).

Comer (2007) discute que a motivao para as redes de dados em grande escala no

foi a partir do desejo de compartilhamento de dispositivos, ou mesmo o fornecimento de uma

nova forma de as pessoas se comunicarem. Ao invs disso, as primeiras redes foram criadas

para permitir o compartilhamento de poder computacional em grande escala.

Atualmente as redes de computadores esto presentes em praticamente tudo o que

fazemos ou usamos. De acordo com Comer (2007), elas tm crescido explosivamente, sendo

que h duas dcadas poucas pessoas tinham acesso a uma rede e agora a ligao de

computadores em rede tem sido usada em cada aspecto dos negcios, incluindo propaganda,

produo, transporte, planejamento, dentre outros.

Segundo Tanenbaum (2003), as aplicaes de redes de computadores atendem a

diversos setores, como os usos tradicionais em empresas e indivduos, redes domsticas e os

relacionados a usurios mveis, sendo o estudo deste ltimo mais relevante para a

compreenso deste TTC (Trabalho Tcnico Cientfico).

17

2.1.1 Usurios Mveis e Redes sem Fio

A comunicao sem fio no se trata de uma inovao. Uma demonstrao do fsico

italiano Guglielmo Marconi em 1901, mostrou o funcionamento de um telgrafo sem fio que

transmitia informaes de um navio para o litoral atravs de cdigo morse. Os mais modernos

sistemas digitais sem fio tem melhor desempenho, mas continuam com o mesmo princpio

(TANENBAUM, 2003).

Atualmente, a computao mvel constitui um dos segmentos de maior crescimento da

indstria da informtica. Como os usurios procuram ficar conectados em todos os lugares, as

redes sem fio passam as ser de grande interesse e, medida que se tornam mais difundidas,

surgem numerosas aplicaes. Por exemplo, computadores sem fio podem dar acesso a salas

seguras, da mesma forma de como usado o carto com tarja magntica (TANENBAUM,

2003). Segundo Kurose e Ross (2006), j ficou claro que as redes sem fio e os servios

mveis vieram para ficar, independentemente do crescimento futuro dos dispositivos sem fio.

Apesar de as redes sem fio e a computao mvel terem uma grande relao, elas so

diferentes, pois at mesmo um computador porttil pode estar conectado por fio, perdendo o

princpio de mobilidade. Quando um viajante est em um hotel com seu laptop e conecta-se a

Internet atravs de um cabo de rede, percebe-se esta distino entre os dois conceitos

(TANENBAUM, 2003).

Segundo Kurose e Ross (2006), fica claro que os ambientes mais interessantes so

aqueles em que os usurios usufruem da tecnologia sem fio e simultaneamente da mobilidade,

permitindo, por exemplo, que um passageiro em um carro a 160 km/h, mantenha uma

chamada de voz sobre IP e vrias conexes TCP ativas, e nesse ponto que se encontram os

maiores desafios.

2.1.2 Modelos de Referncia

De acordo com Tanenbaum (2003), existem duas importantes arquiteturas de rede, o

modelo de referncia OSI e o modelo de referncia TCP/IP. Atualmente, os protocolos do

modelo OSI raramente so utilizados, porm, as caractersticas de cada camada ainda so

18

vlidas. J com o modelo TCP/IP ocorre o contrrio, o modelo em si praticamente no

utilizado, mas os seus protocolos ainda esto em uso.

Modelo de Referncia OSI

Para a transmisso de dados pela rede, o hardware de comunicao bsico utiliza-se de

mecanismos que podem transferir bits entre dois pontos, mas a utilizao de hardware puro

para realizar essa comunicao como programar em binrio, o que bastante inconveniente.

Para facilitar a programao, os computadores acoplados a uma rede usam software complexo

que abstrai ao programador todos os detalhes e problemas da comunicao de baixo nvel

(COMER, 2007).

Para reduo da complexidade do projeto, a maioria das redes organizada como uma

pilha de camadas. Cada camada oferece determinados servios s camadas superiores,

isolando-as do detalhamento de implementao desses recursos, ou seja, um determinado item

de software ou hardware oferece servios aos seus usurios, porm o seu estado interno e

algoritmos ficam ocultos (TANENBAUM, 2003).

Com a necessidade de padronizao dos protocolos, a ISO (International Standards

Organization), desenvolveu uma proposta que foi chamada de Modelo de Referncia ISO OSI

(Opens Systems Interconnection), pois ela trata da interconexo de sistemas que estejam

abertos comunicao com outros sistemas (TANENBAUM, 2003). O modelo OSI, como

chamado, dividido em sete camadas, como se pode ver na Figura 2.

19

Figura 2. Modelo de referncia OSI.

Fonte: Adaptado de Comer (2009).

A seguir, uma breve descrio das camadas do Modelo de Referncia OSI:

Camada Fsica: envia a cadeia de bits pela rede sem se preocupar com o

tratamento de problemas que venham ocorrer (SOARES, LEMOS e

COLCHER, 1995);

Camada de Enlace de Dados: detecta e corrige os problemas que por acaso

ocorram na camada fsica (SOARES; LEMOS e COLCHER, 1995);

Camada de Rede: permite a interconexo das redes heterogneas

(TANEMBAUM, 2003);

Camada de Transporte: aceita os dados da camada acima e divide-os em

unidades menos se necessrio, como tambm repassa essas unidades

assegurando que todos os fragmentos cheguem corretamente na outra

extremidade (TANEMBAUM, 2003);

Camada de Sesso: fornece os mecanismos que permitem estruturar os

circuitos que chegam da camada de transporte (SOARES; LEMOS;

COLCHER, 1995);

20

Camada de Apresentao: transforma adequadamente os dados antes do envio

para a camada de sesso. Transformaes que dizem respeito compresso de

textos, criptografia, converso de padres de terminais e arquivos para padres

de rede e vice-versa (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995);

Camada de Aplicao: prov uma srie de protocolos comumente necessrios

para os usurios, por exemplo, o HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

(TANENBAUM, 2003).

Modelo de Referncia TCP/IP

O desenvolvimento da arquitetura TCP/IP foi patrocinada pela DARPA (Defense

Advanced Research Projects Agency), baseando-se principalmente em um servio de

transporte a conexo atravs do TCP (Transmission Control Protocol), e um servio de rede

no orientado a conexo, pelo IP (Internet Protocol) (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995).

Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), e Comer (2009), o modelo de referncia

TCP/IP foi criado pensando-se na interligao de redes distintas. Devido a essa possibilidade

de interligar redes heterogneas que se deve o sucesso deste modelo, passando a constituir a

base da Internet global.

O modelo TCP/IP implementa quatro camadas correspondentes as sete do modelo

OSI, sendo elas a camada de Enlace, a camada de Internet, a camada de Transporte e a

camada de Aplicao. De acordo com Tanenbaum e Wetherall (2011), cada camada tem as

seguintes funes:

Enlace: descrever o que os enlaces devem oferecer para atender a necessidade

da camada internet, podendo os mesmos ser seriais ou at mesmo do padro

Ethernet;

Internet: permitir que os hosts injetem pacotes em uma rede qualquer e que

eles viajem independentemente do destino;

Transporte: manter a comunicao entre os hosts pares de origem e destino,

igualmente como acontece na camada de transporte do modelo OSI;

Aplicao: fornecer os protocolos de mais alto nvel.

21

O IP o protocolo da camada de rede denominado como a base de toda a Internet, que

pode ser vista como um conjunto de redes ou sistemas autnomos que esto interconectados,

onde no existe uma estrutura real fsica, mas vrios backbones principais construdos a partir

de linhas de grande largura de banda e roteadores rpidos. Conectados ao backbones esto as

redes regionais (nvel mdio) e os ISPs (Internet Services Providers), cuja funo prover o

acesso Internet. Conectados as redes regionais esto mais ISPs, LANs de universidades e

companhias e outras redes (TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

2.2 MEIOS DE TRANSMISSO

Segundo Comer (2009), os meios de transmisso podem ser divididos em classes. H

duas grandes abordagens principais:

Tipo de caminho: a comunicao pode seguir um caminho exato (fios) ou um

caminho no especfico (transmisso rdio) e

Tipo de energia: a energia eltrica usada nos fios, a transmisso a rdio para a

transmisso sem fio (wireless), e a luz para a fibra ptica.

Os termos guiado e no guiado so usados para distinguir a transmisso onde os dados

possuem um caminho especfico, como a realizada atravs de fios, e a transmisso onde no

possuem caminho definido, como por ondas de rdio, onde os dados trafegam pelo ar. Comer

(2009) tambm afirma que o meio fsico pode ser classificado de acordo com a forma de

energia utilizada para transmitir os dados, como ilustrado na Figura 3:

22

Figura 3. Taxonomia por forma de energia

Fonte: Adaptado de Comer (2009).

Dentre os meios de transmisso guiados podem-se citar os meios magnticos, par

tranado, cabo coaxial, linhas de energia e fibras pticas. J dentre os meios no guiados

(wireless), o espectro eletromagntico, transmisso de rdio, transmisso de micro-ondas,

transmisso de infravermelho, transmisso por ondas de luz e transmisso por satlites

(TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

2.3 INTERLIGAO DE REDES

Sabendo-se da existncia de muitas redes distintas e com numerosos protocolos

distribudos em camadas, a interligao das redes no uma tarefa to simples. Seria fcil a

formao de uma inter-rede (internet), se todas as redes utilizassem uma nica tecnologia de

rede, como a Ethernet, porm, como essa no a realidade e havendo a necessidade de

tratamento de problemas de diferentes naturezas, a heterogeneidade das redes dever existir

(TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

23

A Internet o principal exemplo de interligao de redes, pois uma combinao de

vrias redes em todo o mundo, permitindo aos usurios se comunicarem com usurios de

qualquer outra rede, o que significa que os pacotes transitam de uma rede para outra

(TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

Segundo Kurose e Ross (2007), a Internet uma rede que conecta milhes de

dispositivos mundialmente. Devido aos muitos equipamentos considerados no tradicionais

estarem conectados a Internet, como por exemplo, eletrodomsticos, automveis, dentre

outros, o termo redes de computadores considerado ultrapassado, passando-se a nomear

esses equipamentos de hospedeiros ou sistemas finais.

As redes podem se diferenciar de vrias maneiras, dentre elas podem-se citar os

formatos dos quadros e as tcnicas de modulao. Alguns problemas durante o envio de

pacotes de uma rede at o seu destino podem ocorrer, por exemplo, se os pacotes so enviados

por uma rede orientados a conexo e precisam passar por uma rede sem conexo, os mesmos

podem ser reordenados, assumindo um papel no esperado pelo transmissor e que o receptor

no tem condies de lidar (TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

De acordo com Tanenbaum e Wetherall (2011), existem duas maneiras de conectar

redes distintas: uma a criao de dispositivos que se encarreguem de traduzir ou converter

os pacotes para cada tipo de rede e a outra resolver o problema adicionando uma camada

comum no topo das redes, sendo que em ambos os casos, os mecanismos devem estar

localizados entre os limites das redes. Em 1974, Cerf e Kahn defenderam a criao de uma

camada comum as redes distintas que abstraa as diferenas entre elas que acabou sendo

dividida em protocolos TCP (Transmission Control Protocol) e IP (Internet Protocol). Quatro

dcadas mais tarde, o IP se torna a base da Internet moderna, rendendo a Cerf e Hahn o

Prmio Turing 2004, conhecido informalmente como Prmio Nobel de Cincia da

Computao. O IP fornece um formato de pacote universal que pode ser reconhecido por

todos os roteadores, permitindo a transmisso por diversos tipos de redes.

24

2.4 INTERNET DAS COISAS (IOT)

O artigo de Mark Weiser, The Computer of 21st Century, publicado na Scientific

American em 1991, considerado o marco inicial das pesquisas sobre IoT, trazendo a

primeira publicao sobre computao ubqua. Weiser afirmou que a computao seria

integrada com as aes e comportamentos mais naturais das pessoas, de forma que no se

perceberia que esto interagindo com um computador, porm, para isso ser possvel, a

tecnologia deveria aprender a ser relacionar com os usurios (WEISER, 1991).

Considerada uma tendncia da Internet do futuro, a IoT vem prospectando-se no

cenrio das telecomunicaes e est sendo considerada como uma verdadeira revoluo

tecnolgica da computao e comunicao (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010).

Com o avano das tecnologias de sistemas embarcados, os microprocessadores

alcanaram vrios segmentos. Atualmente esto presentes em diversos objetos, como relgios,

eletrodomsticos, automveis, brinquedos, entre outros, e que futuramente a tendncia

ganharem ainda mais espao, ocupando praticamente todos os tipos de objetos, como roupas,

portas e janelas, chuveiros, banheira, etc (CAVALLINI, 2008).

Segundo o paradigma da IoT, esperado que muitos objetos fsicos estaro

interconectados atravs da Internet, tornando-os responsveis pela maior parte do trfego da

rede. Tais objetos podero ser quaisquer dispositivos como eletrodomsticos, pneus, sensores,

atuadores, telefones celulares, entre outros, que podero ser identificados na rede a fim de

trocarem informaes e executarem tarefas comuns (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010).

De acordo com Atzori, Iera e Morabito (2010), a partir da ampla difuso da IoT,

mudanas drsticas acontecero na vida cotidiana dos usurios. Tan e Wang (2010), afirmam

que estas mudanas traro tambm novas oportunidades de negcio, que impulsionada pela

demanda por parte da populao, resultar em contribuio para a economia.

25

2.5 AUTENTICAO

Segundo Baltzan e Philips (2012), a autenticao um mtodo utilizado para verificar

se as identidades dos usurios so verdicas. Santos (2007), afirma que a autenticao permite

que um usurio se identifique atravs da utilizao de diversos mecanismos, como login,

senha, biometria, etc.

O processo de autenticao de usurios pode utilizar-se de tcnicas que empregam um

ou mais fatores. Quando se utiliza mais de um fator, a autenticao denominada multifator

(SANTOS, 2007). De acordo com Baltzan e Philips (2012), as tcnicas de autenticao so

divididas nas seguintes categorias:

Algo que o usurio conhea: este tipo de autenticao realizado atravs de

algo que o usurio conhea, sendo a forma mais comum de fazer a

identificao de usurios. Santos (2007) chama este mtodo de login simples,

que baseado em um ID de usurio e senha nicos;

Algo que o usurio tenha: para realizar a autenticao por este mtodo o

usurio deve utilizar algo que ele tenha, como um carto inteligente ou um

token. Este mtodo considerado mais eficiente do que apenas utilizar um

login simples;

Algo que parte do usurio: considerado o mtodo mais eficaz para realizar a

autenticao, pois se utiliza da biometria, realizando a identificao com base

nas caractersticas fsicas de cada usurio (impresso digital, face, ris, etc.) e,

portanto, dificultando o roubo ou emprstimo desses dados. Apesar de ser

relativamente mais seguro, este mtodo caro, deixando de ser o mais atrativo.

Na Figura 4 so apresentados alguns exemplos para cada tipo de autenticao.

26

(a) (b) (c)

Figura 4. Autenticao multifator: (a) Algo que se sabe; (b) Algo que se tem; (c) Algo que

parte do usurio

De acordo com Santos (2007), a autenticao simples de login e senha, podem ser

reforadas com a incluso do conceito multifator.

2.6 BLUETOOTH

Devido ao interesse de conectar seus aparelhos celulares com outros dispositivos sem

a necessidade de utilizao de fios, a L. M. Ericsson com 4 outras empresas (IBM, Nokia,

Intel e Toshiba), formaram um consrcio para desenvolver um mecanismo sem fio que

utilizasse rdios de curto alcance, baixa potncia e baixo custo, denominando-o Bluetooth. A

ideia inicial de apenas conectar perifricos de computadores foi estendida e passou a ser usada

tambm em LANs sem fio, tornando assim, o padro mais til. A partir dessa mudana, o

Bluetooth comeou a competir com o 802.11 e tambm a interferir eletricamente com ele

(TANENBAUM, 2003).

Em 1999, com o lanamento do Bluetooth 1.0, muitos fabricantes de dispositivos

eletrnicos passaram a usar o Bluetooth, de celulares e laptops a fones de ouvidos, teclados,

impressoras entre outros. A verso 2.0 em 2004 adicionou maiores taxas na transferncia de

dados. Com a verso 3.0 em 2009 foi possvel o emparelhamento combinado com o padro

802.11 e na verso 4.0 em dezembro de 2009, foi especificado a baixa potncia de operao

(TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

2.6.1 Arquitetura do Bluetooth

Uma piconet a unidade bsica de um sistema Bluetooth, consistindo em um n

mestre e at sete ns escravos ativos em uma distncia de at 10 metros. Na Figura 5, pode-se

27

observar que podem existir muitas piconets no mesmo ambiente, podendo ser at mesmo

conectadas por um n de ponte. A essa coleo de piconets interconectadas se chama

scatternet (TANENBAUM; WETHERALL, 2011).

Figura 5. Duas piconets formando uma scatternet

Fonte: Tanenbaum e Wetherall (2011).

Alm dos sete ns escravos ativos na rede, uma piconet pode ter at 255 ns inativos,

os quais no podem fazer nada, exceto responder a um sinal de ativao ou de baliza do

mestre. Essa inatividade faz com que os dispositivos passem para um estado de baixa energia,

diminuindo a descarga de suas baterias. A comunicao s pode ocorrer entre um mestre e um

escravo, no sendo permitida a comunicao direta entre os escravos (TANENBAUM;

WETHERALL, 2011).

2.6.2 A estrutura de quadro do Bluetooth

Segundo Tanenbaum e Wetherall (2011), existem vrios formatos de quadros do

Bluetooth, sendo o mais importante apresentado na Figura 6.

28

Figura 6. Estrutura do quadro Bluetooth

Fonte: Tanenbaum e Wetherall (2011)

O quadro formado primeiramente por um cdigo de acesso, usado tipicamente para

identificao do mestre e que atravs deste, os escravos ficam conhecendo o destino de cada

trfego. Depois vem um cabealho com tamanho de 54 bits, com campos tpicos de uma

camada MAC (Media Acess Control). Em seguida vem o campo de dados, que pode ser de at

2744 bits, quando a transmisso for de 5 slots, e para apenas um slot de tempo, o formato

permanece igual, com exceo do fato de o campo de dados ter 240 bits (TANENBAUM;

WETHERALL, 2011).

2.7 MICROCONTROLADORES

Com a evoluo dos computadores e o aparecimento dos circuitos integrados, que

basicamente o encapsulamento de milhes de transistores em um circuito integrado, sugiram

os microprocessadores. Devido ao alto poder computacional e seu tamanho reduzido

significativamente (comparado com os transistores), os microprocessadores ganharam muitas

aplicaes, sendo usados desde os microcomputadores pessoais at aparelhos eletrnicos e

equipamentos mdicos. Os microprocessadores, no entanto, no podem fazer nada sozinhos,

pois necessitam de outros dispositivos externos (memria, barramentos, etc.) para se tornarem

teis. Sendo assim, surgiram os microcontroladores, que de forma geral tem acoplado em um

nico chip tudo o que precisam para executar uma determinada aplicao. Mesmo incluindo

29

vrios perifricos como memrias, barramentos, timers, portas de comunicao, o seu

tamanho continua reduzido. Apesar de os microcontroladores terem um desempenho menor

que o dos microprocessadores, eles so ideais para projetos que necessitam de tamanhos

reduzidos, menor tempo e custo, sendo amplamente difundidos em automao industrial,

residencial e predial, eletrodomsticos, etc. (OLIVEIRA; ANDRADE, 2006).

2.7.1 Plataforma Arduino

O Arduino uma plataforma de computao aberta (open source), baseada em uma

placa microcontrolada simples e um ambiente de desenvolvimento para incutir o software na

placa. uma ferramenta que permite desenvolver objetos interativos, tendo como entrada

uma variedade de sensores, podendo tambm controlar luzes, motores e outros meios fsicos

de sada (ARDUINO, 2013a).

O ambiente do Arduino foi desenvolvido para permitir que pessoas sem conhecimento

em software ou em eletrnica consigam desenvolver os seus projetos. Esta simplificao faz

com que o Arduino seja utilizado em programas educacionais em todo o mundo,

especialmente por designers e artistas que precisam criar seus prottipos sem a necessidade de

ter conhecimento profundo dos detalhes tcnicos. Apesar da facilidade de uso, o nvel de

sofisticao de hardware do Arduino no deixa a desejar, atraindo pessoas que j possuem

experincia com outros microcontroladores (MARGOLIS, 2011).

Software

No Arduino, os softwares so chamados de sketches, que so criados usando um

ambiente de desenvolvimento integrado ou Integrated Development Environment (IDE). Com

a IDE possvel escrever, editar e converter o cdigo-fonte para instrues que o hardware do

Arduino entende. Esta transferncia para a placa realizada atravs de um processo chamado

uploading (MARGOLIS, 2011).

Hardware

Uma placa Arduino tem apenas o controle e resposta dos sinais eltricos, portanto,

necessrio adicionar componentes especficos para realizar a interao com o mundo real.

Esses componentes so classificados como sensores e atuadores. Os sensores tem a funo

30

transformar um aspecto do mundo fsico em um sinal eltrico, como os interruptores e

acelermetros. J os atuadores, realizam o inverso, transformando um sinal eltrico em algo

que modifique o ambiente, por exemplo, os LEDs (Light Emitting Diode ou diodo emissor de

luz) e os motores (MARGOLIS, 2011).

No site oficial do Arduino (2013b), possvel encontrar uma variedade de placas,

componentes e at kits para desenvolvimento. Dentre os produtos disponveis, podem-se citar

as placas Arduino Uno, Arduino Mega ADK e Arduino Nano. A seguir uma descrio breve

de cada placa mencionada.

2.7.2 Arduino Uno

Esta placa, ilustrada na Figura 7, baseada no microcontrolador ATmega328 e contm

tudo o que o microcontrolador precisa, basta conect-lo a um computador atravs de um cabo

USB ou outra fonte para iniciar. Possui 14 entradas/sadas digitais, podendo seis ser usadas

como sadas PWM (Pulse Width Modulation ou modulao da largura de pulso), 6 entradas

analgicas, um oscilador de cermica de 16 MHz, uma conexo USB (Universal Serial Bus),

um conector de alimentao, um cabealho ICSP (In Circuit Serial Programming) e um boto

de reset (ARDUINO, 2013c).

Figura 7. Viso frontal do Arduino Uno

Fonte: Arduino (2013c).

31

O Arduino Uno a placa mais recente da srie de placas Arduino USB e usada como

referncia para a plataforma Arduino (ARDUINO, 2013c).

2.7.3 Arduino Mega ADK

O Arduino Mega ADK baseado no microcontrolador ATmega2560, contendo uma

interface USB que permite conectar-se diretamente com telefones baseados em Android.

Possui tambm 54 entradas/sadas digitais, dos quais 15 podem ser usados como sadas PWM,

16 entradas analgicas, 4 UARTs (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), um cristal

oscilador de 16 MHz, uma conexo USB, um conector de alimentao, um cabealho ICSP e

um boto reset (ARDUINO, 2013d). Na Figura 8 apresentada esta placa.

Figura 8. Viso frontal do Arduino Mega ADK

Fonte: Arduino (2013d).

O Arduino Mega ADK foi projetado para ter compatibilidade com a maioria dos

shields projetados para o UNO, Diecimila e Duemilanove e para ser usado com o sistema

operacional Android. Existe uma documentao no site do desenvolvedor do Android

disponvel para consulta (ARDUINO, 2013d).

2.7.4 Arduino Nano

O Arduino Nano (apresentado na Figura 9), um pequeno, completo e amigvel

protoboard baseado no microcontrolador ATmega328 (Arduino Nano 3.0) ou ATmega168

32

(Arduino Nano 2.x), contendo praticamente as mesmas funcionalidades do Arduino

Duemilanove, porm em um pacote diferente. O Nano a menor verso completa das placas

Arduino, tendo uma entrada mini-USB em vez de uma entrada USB padro. Fisicamente ele

no possui uma entrada auxiliar e nem um jumper para selecionar a fonte de alimentao, pois

ele chaveia automaticamente para a maior fonte sem necessitar do jumper (ARDUINO,

2013e).

Figura 9. Viso frontal do Arduino Nano

Fonte: Arduino (2013e).

As placas mais populares contm uma entrada USB que utilizada para prover energia

para a placa, como tambm fazer o uploading do software para a mesma. Dentre os shields

disponveis pode-se citar o Arduino Ethernet Shield, o Arduino Wifi Shield e o Arduino

Motor Shield (ARDUINO, 2013b).

2.7.5 Diferenciais

Comparando o Arduino com outros microcontroladores que oferecem funcionalidades

similares, podem-se citar alguns diferenciais (ARDUINO, 2013a):

Baixo custo: so relativamente baratos em comparao com outras

plataformas. Pode-se construir uma placa prpria ou adquirir uma placa pr-

montada que pode custar menos de 50 dlares;

Multiplataforma: o Arduino pode ser executado em Windows, Macintosh OSX

e sistemas operacionais Linux, enquanto que a maioria dos outros esto

limitados a Windows;

33

Ambiente de programao simples e claro: o ambiente de fcil utilizao at

mesmo por iniciantes, porm tambm suficientemente flexvel a utilizao

por usurios avanados;

Software extensvel e open-source: o software do Arduino publicado como

cdigo aberto, permitindo a programadores experientes criarem extenses

atravs de bibliotecas C++;

Hardware extensvel e open-source: o Arduino baseado nos

microcontroladores Atmel ATmega8 e ATMEGA168 e os seus mdulos

publicados sob uma licena Creative Commons, permitindo aos projetistas com

mais experincia criarem suas prprias verses dos mdulos, estendendo e

melhorando-os. At mesmo usurios inexperientes podem fazer uma verso

protoboard, a fim de entenderem o seu funcionamento e economizarem

dinheiro.

Na Internet, fruns e comunidades do Arduino (conhecido como Arduino Playground),

oferecem projetos e solues que inspiram e do suporte aos usurios no desenvolvimento de

seus prprios projetos (MARGOLIS, 2011).

2.8 PLATAFORMA ANDROID

O Android uma plataforma completa destinada tecnologia mvel, a qual inclui um

sistema operacional, middleware, aplicativos e interface com o usurio. Foi desenvolvido com

o propsito de permitir aos programadores a utilizao de todos os recursos que um aparelho

mvel oferece, sendo construdo para ser uma plataforma realmente aberta. Dessa forma, uma

aplicao pode fazer uso de qualquer funcionalidade do ncleo do aparelho, por exemplo,

efetuar chamadas, utilizar a cmera e enviar mensagens de texto (PEREIRA; SILVA, 2009).

O Android est sempre em evoluo e devido propriedade de ser open source, pode

ser continuamente adaptado incorporando novas funcionalidades. Atravs da disponibilizao

do Android SDK, um kit composto de ferramentas e APIs (Application Programming

Interface) necessrias, pode-se iniciar o desenvolvimento de aplicativos para a plataforma

utilizando a linguagem de programao Java (PEREIRA; SILVA, 2009).

34

Para Meier (2012), o Android composto de vrias partes necessrias e dependentes,

incluindo os seguintes itens:

Um documento de definio de compatibilidade (CDD) e uma sute de testes

de compatibilidade (CTS), que tm a funo de descrever as capacidades

necessrias para um dispositivo suportar a pilha de software;

Um kernel Linux, cuja funo fornecer uma interface de baixo nvel com o

hardware, com o gerenciador de memria e com o controlador de processos,

ambos otimizados para dispositivos mveis e embarcados;

Bibliotecas abertas para o desenvolvimento de aplicaes, tendo incluso

SQLite, WebKit, OpenGL (Open Graphics Library) e um gerenciador de

mdia;

Um ambiente de execuo que utilizado para executar e hospedar os

aplicativos, incluindo a mquina virtual Dalvik;

Um framework de aplicao que expe os servios do sistema para a camada

de aplicao, incluindo um gerenciador de janelas, gerenciador de localizao,

banco de dados, telefone e sensores;

Uma interface de usurio que serve para hospedar e executar os aplicativos;

Um conjunto de aplicaes pr-instaladas;

Um kit de desenvolvimento de software (SDK Software Development Kit),

usado para criar os aplicativos, contendo ferramentas, plugins e a

documentao necessria para iniciar o desenvolvimento.

De acordo com Meier (2012), a filosofia aberta do Android permite a qualquer

desenvolvedor resolver deficincias na interface de usurio ou at mesmo em aplicaes

nativas, simplesmente escrevendo uma extenso ou com a substituio das mesmas. Desde o

acesso a hardware, incluindo cmera, GPS e sensores, a transferncia de dados com Wi-fi,

Bluetooth e NFC (Near Field Communication), o SDK do Android inclui todas as APIs

necessrias para o desenvolvimento de aplicativos que utilizem estes recursos.

35

Muitos podem duvidar da segurana do Android, j que seus componentes podem ser

modificados. Pessoas com ms intenes podem fazer um cdigo malicioso e execut-lo nos

celulares. Entretanto, o Android tem uma forte segurana, visto que executado sobre um

ncleo Linux, sempre que uma aplicao for instalada, cria-se um novo usurio Linux para o

programa, com diretrios que sero usados pelo aplicativo, porm somente para aquele

usurio. Dessa forma os aplicativos ficam isolados, exigindo-se uma permisso caso algum

aplicativo deseja acessar informaes de outro aplicativo (PEREIRA; SILVA, 2009).

2.8.1 Arquitetura

Conforme se pode observar na Figura 10, a arquitetura do Android est estruturada nas

seguintes camadas (PEREIRA; SILVA, 2009):

Aplicaes: a camada superior, onde se encontram todos os aplicativos

fundamentais, cliente de e-mail, mapas, navegadores, calendrios, programas

de SMS, gerenciador de contatos, etc;

Framework: nesta camada (Application Framework) que esto todas as APIs

e os recursos que os aplicativos necessitam, como classes visuais, caixas de

texto, listas, botes e at mesmo um navegador web embutido. Os principais

elementos desta camada so:

o Activity Manager: controla o ciclo de vida de todas as activities;

o Package Manager: se comunica com o resto do sistema e informa quais

pacotes esto sendo utilizados no dispositivo e as suas respectivas

capacidades;

o Window Manager: gerenciador de janelas que determina qual estar

ativa;

o Content Providers: o responsvel pela troca de dados entre os

aparelhos e a troca de informaes entre aplicativos;

o View System: fornece recursos grficos para a aplicao, como botes,

layouts e frames.

36

Bibliotecas: nesta camada est um conjunto de bibliotecas C/C++ utilizadas no

sistema. Agregam-se tambm bibliotecas de multimdia, visualizao de

camadas 2D e 3D, renderizao 3D, funes de acesso ao banco SQLite, etc.

As bibliotecas principais so a Freetype, System C library, Webkit, SQLite,

Surface Manager, Media Libraries, Lib WebCore e 3D libraries.

Android Runtime: a camada do ambiente de execuo uma instncia da

mquina virtual Dalvik, onde criada para todas as aplicaes executadas no

Android.

Linux Kernel: a camada do nvel mais baixo, que abstrai o hardware do resto

da pilha de software.

Figura 10. Arquitetura do Android

Fonte: Pereira e Silva (2009).

37

2.8.2 Diferenciais

O Android apresenta alguns elementos que outras plataformas de desenvolvimento

para dispositivos mveis podem no possuir. Podem-se citar os seguintes itens (MEIER,

2012):

Aplicaes do Google Maps: permite aos desenvolvedores adicionarem

funcionalidades que permitem visualizar, manipular, e fazer anotaes em um

mapa do Google;

Aplicaes e servios em segundo plano: dispe de um suporte completo para

a criao de aplicativos em segundo plano com base em um modelo orientado

a eventos;

Compartilhamento de dados e comunicao entre processos: com a utilizao

dos Intents e dos Contents Providers as aplicaes podem trocar mensagens e

compartilhar dados;

Igualdade das aplicaes: no existem diferenas entre as aplicaes nativas e

as de terceiros no Android, isso permite aos consumidores substituir todas as

aplicaes nativas por outras que preferir;

Wi-Fi Direct e Android Beam: com a utilizao dessas inovadoras formas de

comunicao possvel incluir recursos como compartilhamento e streaming

de mdias;

Widgets para tela inicial, protetores de tela animados e interativos: possvel

criar janelas para as aplicaes na tela inicial do telefone.

A maioria das plataformas de desenvolvimento mvel existentes exclusiva. Ao

contrrio, o Android incentiva a mudana, ou seja, todos os aparelhos vm com aplicativos

padres que os consumidores esperam de um telefone novo, mas com a capacidade de

poderem ser completamente customizados de acordo com o gosto de cada um (MEIER,

2012).

38

2.9 TRABALHOS SIMILARES

Esta seo apresenta o estado da arte de sistemas automatizados com utilizao de

dispositivos microcontroladores. No final desta seo apresentado um comparativo dos

sistemas pesquisados.

2.9.1 DroidLar Automao residencial atravs de um celular Android

O DroidLar um sistema de automao residencial que utiliza as plataformas Arduino

e Android e um protocolo de comunicao sem fio chamado ZigBee, que empregado na

comunicao entre os controladores dos dispositivos e o servidor, denominado SAR (Servio

de Automao Residencial). Na Figura 11 so mostrados todos os elementos do sistema

(EUZBIO; MELLO, 2011).

Figura 11. Elementos do DroidLar

Fonte: Euzbio e Mello (2011).

A aplicao Android utiliza uma conexo IP para a comunicao, enquanto que os

controladores conectados na rede ZigBee realizam a troca de mensagens. O SAR serve como

ponte entre as duas partes do sistema (EUZBIO; MELLO, 2011).

O sistema utiliza mdulos Xbee Series 2.5 para realizar a comunicao entre os

dispositivos e o SAR. Nos kits Arduino estes mdulos foram conectados ao shield XBee e no

39

SAR atravs de um adaptador serial conectado a uma porta USB. Os mdulos Xbee foram

configurados como roteadores, caracterizando uma rede em malha, dessa forma, cada

controlador de dispositivo pode encaminhar mensagens para os outros roteadores, aumentado

a possibilidade de interao com dispositivos que esto fora do alcance do rdio. Os mdulos

do DroidLar foram configurados sem criptografia, a fim de reduzir o tamanho da informao

contida em um pacote. Dois tipos de procedimentos so executados pelos controladores de

dispositivos (EUZBIO; MELLO, 2011):

Atuao: executa aes de ligar, desligar, aumentar ou diminuir a intensidade

da potncia de um dispositivo eletrnico, como por exemplo, uma lmpada;

Relatrio: contm informaes de configurao de um dispositivo, como por

exemplo, o estado (ligado, desligado, etc.) e o nmero de dispositivos.

enviado sempre que o controlador ligado ou quando o SAR solicita.

O SAR a parte central do DroidLar, sua funo gerenciar os controladores de

dispositivos, enviando comandos ou recebendo informaes e interagindo com o cliente

Android. Funciona com uma ponte entre as duas tecnologias de rede sem fio, ZigBee e

802.11. Para a aplicao realizar a comunicao com o cliente Android, o computador se

conecta a uma rede IP, enquanto que a comunicao com os kits Arduino realizada atravs

dos mdulos XBee (inclusive nos Arduinos). Este mdulo XBee configurado como

coordenador da rede ZigBee, tornando-o responsvel pelas configuraes desta rede. O

Servlet tambm responsvel pelas mensagens de controle dos dispositivos, onde esto

contidas informaes como o tipo de ao a serem tomados pelo dispositivo, valores para a

execuo desta ao e o endereo do dispositivo. So estas mensagens que executam as

funcionalidades do servidor, desde a autenticao do usurio at o agendamento dos perfis por

parte do usurio (EUZBIO; MELLO, 2011).

O DroidLar utiliza uma aplicao especfica para a plataforma Android que faz o

controle dos eletroeletrnicos da residncia, criando e gerenciando os perfis do usurio. Os

perfis permitem que um grupo de dispositivos seja programado para ligar/desligar em

determinados perodos. Para obter-se a comunicao com o SAR, o telefone com a aplicao

Android deve estar conectado a uma rede IP. Na abertura da aplicao a tela inicial (Figura

12-a), apresenta as opes de controlar os dispositivos da residncia, alterar os perfis e editar

40

as configuraes para a conexo com o SAR. Na primeira execuo da aplicao a tela de

configuraes (Figura 12-b) apresentada, a fim de autenticar o usurio no servidor. Nas

execues posteriores a tela inicial apresentada, uma vez que as configuraes j esto

salvas A aplicao Android utiliza uma conexo IP para a comunicao, enquanto que os

controladores conectados na rede ZigBee realizam a troca de mensagens. O SAR serve como

ponte entre as duas partes do sistema (EUZBIO; MELLO, 2011).

(a) (b)

Figura 12. Telas da aplicao. (a) tela inicial; (b) tela de configuraes

Fonte: Euzbio e Mello (2011).

2.9.2 Sistema de automao residencial baseado em Bluetooth usando

celulares

O sistema apresentado por Piyare e Tazil (2011), compreende um projeto de

automao residencial baseado no uso de celulares e de baixo custo. Os aparelhos da casa so

conectados a uma placa Arduino BT, e para a comunicao do celular com a placa utilizada

41

uma conexo sem fio. O sistema permite conectar novos dispositivos realizando poucas

alteraes. O software foi escrito para ser executado em celulares com a plataforma Symbian.

Na Figura 13, apresentado o sistema descrito.

Figura 13. Sistema de automao residencial

Fonte: Piyare e Tazil (2011).

A parte de hardware do sistema se resume em dois componentes, um celular e uma

placa Arduino BT. No celular, rodada uma aplicao escrita na linguagem Python que

permite ao usurio acessar e controlar os aparelhos da residncia. A aplicao em Python se

comunica com o Arduino definindo um protocolo de comunicao ad-hoc entre os dois

dispositivos e permitindo controlar o comportamento da placa Arduino. Os pacotes contendo

os comandos so enviados pelo celular. Uma vez que nestes pacotes esto os comandos que

determinam o estado dos aparelhos, atravs do microcontrolador ATmega168 projetado o

circuito analgico de acordo com a definio de cada sada. Diferentes tipos de aparelhos so

conectados nas portas de sada digital do Arduino BT por meio de rels, a fim de fornecer

tenso suficiente (PIYARE; TAZIL, 2011).

O software verifica se o Bluetooth est ativado no celular. Se estiver ativado ento o

processo de descoberta de dispositivos executado, verificando se j existem dispositivos

predefinidos armazenados no celular. Caso existam, os dispositivos so listados para que o

usurio selecione um deles, e depois de selecionado o software verifica se o mesmo est no

intervalo e se ele um dispositivo transmissor da placa Arduino BT. Depois de confirmado o

transmissor Bluetooth, armazenado os endereos de todos os controladores ligados a placa.

42

A interface de usurio consiste basicamente como apresentada na Figura 14, onde na tela

principal esto listadas as lmpadas com seus respectivos estados (ON/OFF) e o menu Opes

e Sair.

Figura 14. Interface de Usurio

Fonte: Piyare e Tazil (2011).

2.9.3 Domtica: Controle de automao residencial utilizando celulares

com Bluetooth

O sistema proposto por Abreu e Valim (2011), consiste no gerenciamento de uma

residncia atravs de uma interface em um aparelho celular com a utilizao da tecnologia

Bluetooth. O celular se comunica com o microcontrolador responsvel pelo controle da

automao residencial.

O sistema foi divido em dois mdulos principais: o mdulo controlador e o mdulo

conversor. O mdulo controlador trata-se de um software que realiza a comunicao do

celular com o microcontrolador atravs do Bluetooth. O mdulo conversor trata-se de um

firmware que converte os comandos enviados pelo celular para o protocolo X-10. Dessa

forma, torna-se possvel realizar a comunicao com objetos da residncia que j utilizam

esse protocolo. Na Figura 15, apresentada uma viso geral do projeto (ABREU; VALIM,

2011).

43

Figura 15. Comunicao com objetos da residncia atravs de celular

Fonte: Abreu e Valim (2011).

Para a implementao do mdulo controlador foi utilizado um celular Nokia N95 com

um aplicativo desenvolvido para a gesto da domtica. O celular citado possui o sistema

operacional Symbian, que tem por linguagem nativa o C++. Por meio da API JSR-82

realizada a comunicao sem fio atravs do Bluetooth (ABREU; VALIM, 2011).

O mdulo controlador apresenta uma interface que permite a visualizao dos

dispositivos para cada cmodo da residncia. Quando feito o acionamento de uma mudana

de estado (ligado/desligado/intensidade) de algum dispositivo, enviado pelo mdulo

controlador ao mdulo conversor um pacote de 3 bytes. O primeiro byte identifica o incio da

transmisso (Start TX), o segundo corresponde ao comando a ser transmitido, e o ltimo

identifica o fim da transmisso (End TX) (ABREU; VALIM, 2011).

O mdulo conversor tem a funo de converter o pacote de dados enviado pelo

controlador para o padro X-10 e encaminhando para o quadro de automao da residncia.

Foram definidos recursos de hardware que atendessem critrios como a disponibilidade do

produto no Brasil, custo, possibilidade de trabalhar como mestre na comunicao e a

compatibilidade com o microcontrolador PIC. Na Figura 16, so apresentados os hardwares

selecionados para este mdulo (ABREU; VALIM, 2011).

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Figura 16. Componentes de hardware do mdulo conversor

Fonte: Abreu e Valim (2011).

O desenvolvimento do firmware para o PIC18F252 foi realizado utilizando o

compilador CCS (verso 4.049). Este tem com funo principal o monitoramento dos pacotes

que so enviados atravs da interface Bluetooth, como tambm a converso destes pacotes.

Para a validao dos dois mdulos anteriormente mencionados, foi implementado um terceiro

mdulo. Trata-se de outro software que simula uma residncia. Atravs de uma planta baixa

tem-se a visualizao de vrios cmodos, e em cada cmodo esto dispositivos que sero

controlados (ABREU; VALIM, 2011).

2.9.4 DomoWeb

Zandon e Valim (2012) apresentam um sistema de automao residencial que

independe de outros sistemas, de baixo custo, e com uma interface nica, simples e intuitiva, a

fim de realizar o controle, configurao, monitoramento e acionamento dos dispositivos de

uma residncia. O sistema permite usufruir de suas funcionalidades a partir de qualquer lugar,

pois se trata de um sistema Web. Atravs de um navegador, pode-se ter acesso por qualquer

dispositivo que o suporte, seja ele um computador, celular, etc.

45

No sistema tambm possvel, alm das configuraes bsicas, a realizao de tarefas

como programar a ativao de dispositivos em determinada data e adicionar e remover

dispositivos conforme a necessidade. A plataforma consiste basicamente em um servidor

embarcado, formado por uma placa Arduino Mega 2560 e um shield Ethernet, sendo

conectado a ele um driver de acionamento que permite acionar os dispositivos que se deseja

controlar, e via Ethernet o Arduino conectado no switch da residncia. Na Figura 17

apresentada uma viso macro do sistema (ZANDON; VALIM, 2012).

Figura 17. Viso macro do sistema DomoWeb

Fonte: Zandon e Valim (2012).

Seguindo o princpio de um sistema autnomo, foi proposta a implementao de um

servidor Web embarcado, ou seja, a implementao do sistema na prpria plataforma que atua

nos dispositivos da residncia. O Arduino, alm do baixo custo, possui bibliotecas TCP/IP

para utilizao com o controlador Ethernet (ZANDON; VALIM, 2012).

O DomoWeb tem a interface baseada em pginas HTML e um servidor embarcado

implementado em C/C++ com base em bibliotecas do Arduino. Em conjunto com o HTML

foram utilizadas tecnologias de pginas dinmicas (ZANDON; VALIM, 2012).

Para atender todas as funcionalidades do sistema, a memria flash de 256 KB do

Arduino Mega 2560 seria insuficiente, havendo a necessidade de armazenamento dos dados

46

na memria externa microSD (disponvel no Ethernet shield). Uma vez que o Arduino no

possui um sistema operacional, no h a possibilidade de utilizar um banco de dados

convencional, sendo os dados estruturados em XMLs (Extend Markup Language)

(ZANDON; VALIM, 2012).

As telas do sistema implementadas no formato HTML, onde se optou por adicion-las

em uma nica pgina com a finalidade de diminuir o trfego de dados pelo Arduino. Uma

desvantagem da utilizao do Arduino que ele dispe de baixos recursos de memria e

processamento, tendo que haver cautela no desenvolvimento para utilizar o mnimo de

processamento possvel. Com a utilizao do XML no microSD, a cada mudana que ocorre,

o XML tem que ser carregado para a memria, onde realizada uma comparao de String

para verificar as alteraes e por fim o XML gravado novamente, causando lentido no

sistema (ZANDON; VALIM, 2012).

A interface de usurio (UI) foi feita utilizando a biblioteca jQuery UI, que uma rica

biblioteca que oferece componentes grficos (janelas, botes, animaes, etc.) para o

desenvolvimento WEB. Na Figura 18, apresentada a tela de ambientes do sistema, onde

possvel fazer o controle dos dispositivos j configurados (ZANDON; VALIM, 2012).

Figura 18. Pgina de ambientes do DomoWeb

Fonte: Zandon e Valim (2012).

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O sistema permite agrupar os dispositivos por ambiente, uma vez que um ambiente

esteja configurado, pode-se configurar um cenrio. Com a utilizao dos cenrios, pode-se

programar um conjunto de aes, como a programao para ligar/desligar os dispositivos de

um determinado ambiente nos horrios que se desejar. Para assegurar que apenas pessoas

autorizadas tenham acesso ao sistema, foi implementado um controle de acesso com usurio e

senha (ZANDON; VALIM, 2012).

2.9.5 Anlise comparativa

Aps a anlise dos trabalhos similares, apresentado um comparativo com algumas

caractersticas identificadas em cada um deles, como se pode observar no Quadro 1.

Quadro 1. Comparativo dos trabalhos similares Autores Ano Custo Microcontrolador Plataforma

de Software

Protocolo de

comunicao

Euzbio e Mello 2011 No Informado Arduino Android ZigBee

Piyare e Tazil 2011 Baixo Arduino Symbian Bluetooth

Abreu e Valim 2011 No Informado PIC Symbian Bluetooth

Zandon e Valim 2012 Baixo Arduino Web Wifi/Ethernet

Com esta anlise, foi possvel identificar que a maioria dos trabalhos utilizam a

plataforma Arduino e apenas um destes utilizou como plataforma de software o Android,

porm utilizando outro protocolo de comunicao, o ZigBee. Este trabalho props a utilizao

do Arduino e Android, com a comunicao entre o dispositivo mvel e o Arduino realizada

atravs do Bluetooth, e a comunicao entre o Arduino e o servidor atravs do padro

Ethernet.

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3 DESENVOLVIMENTO

Neste captulo, so apresentados os recursos utilizados para realizar o

desenvolvimento do sistema proposto, que inclui viso geral, especificao dos requisitos e a

modelagem do sistema.

Na primeira subseo, exposta uma viso geral do sistema, explicando o que ser o

sistema com algumas informaes das tecnologias que sero utilizadas. Em seguida, na

segunda subseo, so identificados os requisitos, que se dividem em requisitos funcionais e

no-funcionais. A partir do levantamento e especificao dos requisitos, apresentada a

modelagem do sistema (terceira subseo), onde esto os casos de uso, diagrama de

sequncia, diagrama de classes e o prottipo de telas. Os casos de uso proporcionam uma

viso das funcionalidades do sistema e o diagrama de sequncia apresenta as atividades e

como elas interagem em uma sequncia temporal. Em seguida, o diagrama de classes,

identifica os tipos de objetos e como se relacionam no sistema e o prottipo de telas, apresenta

a interface de usurio, definindo os componentes grficos necessrios para a interao.

3.1 VISO GERAL

O sistema consiste em uma aplicao Android rodando em um dispositivo mvel que

permite ao usurio acionar um fecho eletromagntico. Este, por sua vez, embutido no

batente da porta funcionando juntamente com fechaduras mecnicas, do tipo que movimenta a

lingueta com o uso da maaneta pelo lado interno, e com o uso de chaves pelo lado externo.

Na Figura 19, apresentado o fecho da Amelco, modelo FE61, que foi utilizado neste

projeto.

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Figura 19. Fecho eletromagntico Amelco FE61

O dispositivo mvel se comunica com o microcontrolador, que faz autenticao em

uma base de dados externa, permitindo ou no o acionamento do fecho eletromagntico.

O prottipo para controlar a fecho eletromagntico baseado em uma placa Arduino

UNO, sendo aplicao cliente desenvolvida para a plataforma Android verso 2.3 ou superior.

O protocolo de comunicao utilizado pelo dispositivo mvel para enviar os dados para o

Arduino UNO o Bluetooth 2.0, e a comunicao entre o Arduino UNO e o servidor que

contm o banco de dados, atravs do protocolo Ethernet. Para realizar o acionamento do fecho

eletromagntico usado um atuador do tipo rel ou transistor, que o Arduino controla.

O SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados) utilizado o MySQL

verso 5 ou superior, uma vez que a implementao do projeto de banco de dados no foi

abordada neste trabalho, sendo assim, h apenas uma tabela com os campos de usurio, senha

e permisso com a finalidade de validar a autenticao do usurio.

Ao executar a aplicao, verificado se o Bluetooth do dispositivo est ligado. Caso

afirmativo, a aplicao apresenta uma tela com campos de usurio e senha. Caso contrrio, a

aplicao pede permisso ao usurio para ligar a conexo Bluetooth, sucedendo o mesmo que

no caso afirmativo anteriormente. Para enviar os dados, o usurio conecta-se ao mdulo

Bluetooth do Arduino e depois deste procedimento, digita seu id e senha enviando os dados

para o Arduino, como apresentado na Figura 20.

50

Figura 20. Comunicao do dispositivo mvel com o Arduino

O Arduino recebe os dados e faz uma requisio ao servidor, enviando-os atravs de

uma pgina dinmica que simula o envio de um formulrio HTML. O servidor por sua vez,

pesquisa no banco de dados (Figura 21), retornando a resposta para o Arduino.

Figura 21. Comunicao do Arduino com o servidor

Arduino Uno +

mdulo Ethernet +

mdulo Bluetooth +

mdulo rel

Servidor Apache +

MySQL

Arduino Uno +

mdulo Ethernet +

mdulo Bluetooth +

mdulo rel

Smartphone

Android

Tablet Android

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O servidor verifica se os dados do usurio constam no banco de dados e o Arduino

aciona o atuador, fazendo a abertura do fecho eletromagntico e permitindo o acesso para o

usurio, como se pode observar na Figura 22. Quando os dados no conferem, o acesso no

permitido.

Figura 22. Acionamento do fecho eletromagntico

3.1.1 Escopo

Neste trabalho no foi prevista a criptografia dos dados em nenhum momento da

comunicao. A proposta discorrida neste trabalho foi a utilizao das tecnologias citadas a

fim de realizar o controle de acesso utilizando-se de uma forma de autenticao multifator,

que conforme descrita anteriormente consiste na autenticao com base em algo que o usurio

possua (ex. aparelho celular) e em algo que o usurio saiba (ex. usurio e senha).

3.2 REQUISITOS

Nesta subseo so apresentados os requisitos, divididos em funcionais e no-

funcionais do sistema proposto.

Fecho

Eletromagntico

Amelco FE61

Arduino Uno +

mdulo Ethernet +

mdulo Bluetooth +

mdulo rel

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3.2.1 Requisitos funcionais

Os requisitos funcionais identificam as caractersticas e as funcionalidades gerais de

um sistema. Os requisitos funcionais definidos para o sistema proposto so:

REF 01: o sistema deve acionar um fecho eletromagntico por meio de um

dispositivo microcontrolado;

REF 02: o sistema deve permitir ao usurio acionar um fecho eletromagntico;

REF 03: o sistema deve restringir o acionamento do fecho eletromagntico

mediante algo que o usurio possua (dispositivo mvel com aplicativo);

REF 04: o sistema deve restringir o acionamento do fecho eletromagntico

mediante algo que o usurio saiba (usurio e senha cadastrada previamente em

um banco de dados);

REF 05: o sistema deve utilizar um protocolo de comunicao comum entre a

unidade microcontrolada e o dispositivo mvel;

REF 06: o sistema deve utilizar uma base de dados externa para a autenticao

dos usurios;

REF 07: a unidade microcontrolada deve possuir conexo permanente com a

base de dados externa.

3.2.2 Requisitos no-funcionais

Nos requisitos no-funcionais, so estabelecidas as qualidades ou restries do

sistema. Para o sistema proposto, foram definidos os seguintes requisitos:

RNF 01: a aplicao mvel deve ser implementada para o sistema operacional

Android verso 2.