Desenvolvimento de tecnologia open source de RSSF de baixo custo para aplicações em internet das coisas

Abstract

As redes de sensores sem fio (RSSF) apresentam-se como principal solução para situações em que somente a radiofrequência é capaz de alcançar a última milha da comunicação. Na prática, tecnologias de transmissão de RSSF necessitam ser classificadas de acordo com a aplicação. Os principais fatores que determinam a RSSF a ser escolhida são o alcance e o custo. Utilizar infraestruturas de RSSF pode contribuir para melhorar o monitoramento e controle dos processos de produção em soluções de internet das coisas (IoT), como no agronegócio, especificamente em sistemas de irrigação, por coletar dados através de sensores e atuadores que programados podem determinar um melhor aproveitamento de recursos naturais, reduzir a necessidade de intervenção humana e oferecer melhores opções nas tomadas de decisão. Este trabalho propõe-se em apresentar uma solução de IoT desde a concepção de hardware até o nível mais alto da aplicação com a interação do usuário. Como exemplo foi desenvolvido um sistema de controle e monitoramento para processos de produção em agronegócio que considera a possibilidade de atuação humana local e remota; configuração de temporizadores à partir de acesso remoto ao supervisório; e leitura e sensoriamento de umidade relativa do ar, temperatura, pressão barométrica e umidade do solo. A aplicação visa baixo custo para seu desenvolvimento. Todos os materiais utilizados na pesquisa foram adquiridos pela internet direto da China ou dos respectivos fabricantes em seus canais de venda ao consumidor. Para realizar os testes com os transceptores CC1101, o LoRa, o RFM69HCW e o nRF24L01 foi construída uma placa denominada de Radio Board, que oferece conexão rápida aos transceptores o que facilita a construção de RSSF. O LoRa destacou-se entre os demais transceptores devido a sua tecnologia de modulação com altíssimo poder de penetração tanto em áreas abertas em que prevalece a visada direta entre os rádios comunicantes, quanto em áreas urbanas com maior interferência ao meio.

Wireless Sensor Networks (WSNs) are the primary solution for situations where only radio frequency is able to reach the last mile of connectivity. In practice, WSN transmission technologies need to be classified according to the application. The main factors that determine the WSN technology to be used are reach and cost. The use of WSN infrastructure can help improve the monitoring and control of production processes in Internet of things (IoT) solutions, like in agribusiness, specifically in irrigation systems, by collecting data through sensors and actuators that when programmed can optimize the use of natural resources, reduce the need for human intervention and offer better options for decision-making. This work proposes to present an IoT solution from the hardware conception to the highest level of application, including user interaction. As an example, a control and monitoring system was developed for agribusiness production processes that considers the possibility of local and remote human interaction; the configuration of timers via remote access to the supervisor; and reading and sensing of relative humidity, temperature, barometric pressure and soil moisture. The aim of this application is development at low cost. To that purpose, all the materials used in the research were acquired directly from China or from respective manufacturers through their direct sales channels to consumers on the Internet. To carry out the tests with the transceivers CC1101, LoRa, RFM69 and nRF24L01, a circuit board named Radio Board was built. The board offers fast connection to transceivers, facilitating building and testing WSNs. LoRa stood out among the transceivers tested due to its modulation technology with very high penetration power both in open areas where the direct view between the communicating radios prevails and in urban areas where there is greater interference from the surrounding buildings and structures.