Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47208| ORCID: | http://orcid.org/0009-0007-7440-6782 |
| Tipo do documento: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Título: | Aplicativo para controle de nível baseado em Espaço de Estados utilizando MQTT como protocolo de comunicação |
| Título(s) alternativo(s): | State-space-based level control application using MQTT as a communication protocol |
| Autor(es): | Ferreira, João Marcos Souza |
| Primeiro orientador: | Tavares, José Jean-Paul Zanlucchi de Souza |
| Primeiro membro da banca: | Ferreira, Werley Rocherter Borges |
| Segundo membro da banca: | Souza, Nei Oliveira de |
| Resumo: | A Quarta Revolução Industrial, também conhecida como Indústria 4.0, representa a integração de tecnológicas digitais em processos desde operações industriais até tarefas cotidianas. Esta revolução é suportada por pilares como a integração de sistemas, Big Data, robótica autônoma e Internet das Coisas (IoT). Dentre estes, a IoT se destaca devido a premissa de uso da internet com atividades cotidianas agilizando com segurança a coleta, análise e transferência de dados. Para garantir a integridade e eficiência dessa comunicação utiliza-se protocolos específicos de comunicação, como o MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Este é ideal para as aplicações de IoT pois é leve, consume pouca energia e possui rotinas robustas de segurança, garantindo uma transferência de informações segura e ágil entre dispositivos. Com o objetivo de aprimorar a experiência dos discentes com as tecnologias presentes na Industria 4.0 este trabalho propõe a modernização com IoT de uma bancada didática de controle de nível. A implementação de uma solução wireless em sistemas experimentais busca apresentar os aspectos, requisitos e contribuições que essas tecnologias oferecem para o ambiente prático de laboratório. A solução consiste em um aplicativo móvel desenvolvido na plataforma Flutter utilizando linguagem Dart que comunica com a bancada experimental através de dois modos: o modo remoto de operação utiliza a internet via protocolo MQTT, permitindo a configuração de parâmetros, acompanhamento do sistema em tempo real e coleta de dados através de um broker; e um modo de configuração e operação local via Bluetooth Low Energy (BLE) simplificando a configuração inicial do sistema da bancada, tornando o processo mais intuitivo permitindo que o docente envie as credenciais da rede Wi-Fi e do broker de forma intuitiva. Além de atuar como alternativa de conexão para o controle do experimento sem a necessidade de uma conexão com a internet, garantindo que as atividades de laboratório aconteçam mesmo em ambientes com rede instável ou inexistente. Na bancada um microcontrolador ESP 32 gerencia as operações utilizando sua arquitetura dual-core para otimizar as tarefas: o primeiro núcleo executa o processamento da malha de controle, à leitura do sensor e o acionamento da bomba, enquanto o segundo núcleo gerencia as comunicações MQTT e BLE. Como resultado observou-se uma conexão estável e de baixa latência entre o aplicativo e a bancada no modo remoto. Adicionalmente o processo de configuração via BLE mostrou-se eficiente e o modo de operação local demonstrou ser uma alternativa funcional, garantindo continuidade e versatilidade ao experimento. A fluidez na transmissão de dados foi uma característica notável em ambos os modos, permitindo a visualização instantânea do impacto das ações de controle no sistema. Conclui-se que a solução com arquitetura híbrida em bancadas experimentais de controle de nível aprimora o conhecimento técnico em IoT e demonstra na prática a importância da redundância e dá flexibilidade em projetos de engenharia, tornando o aprendizado mais interativo, resiliente e alinhado com os desafios da Indústria 4.0. |
| Abstract: | The Fourth Industrial Revolution, also known as Industry 4.0, represents the integration of digital technologies into processes ranging from industrial operations to everyday tasks. This revolution is supported by pillars such as systems integration, Big Data, autonomous robotics, and the Internet of Things (IoT). Among these, IoT stands out due to its premise of using the internet in everyday activities, securely streamlining data collection, analysis, and transfer. To ensure the integrity and efficiency of this communication, specific communication protocols, such as MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), are used. This is ideal for IoT applications because it is lightweight, consumes little energy, and has robust security routines, ensuring secure and agile information transfer between devices. To enhance students' experience with Industry 4.0 technologies, this work proposes the modernization of a level control teaching bench with IoT. The implementation of a wireless solution in experimental systems seeks to demonstrate the aspects, requirements, and contributions that these technologies offer to the practical laboratory environment. The solution consists of a mobile application developed on the Flutter platform using Dart language that communicates with the experimental bench in two modes: remote operation uses the internet via the MQTT protocol, allowing parameter configuration, real-time system monitoring, and data collection through a broker; and a local configuration and operation mode via Bluetooth Low Energy (BLE), simplifying the initial setup of the bench system and making the process more intuitive, allowing the instructor to easily send Wi-Fi network and broker credentials. It also acts as an alternative connection for experiment control without the need for an internet connection, ensuring that laboratory activities continue even in environments with unstable or nonexistent network access. On the bench, an ESP 32 microcontroller manages operations using its dual-core architecture to optimize tasks: the first core performs control loop processing, sensor reading, and pump activation, while the second core manages MQTT and BLE communications. As a result, a stable, low-latency connection was observed between the application and the bench in remote mode. Additionally, the configuration process via BLE proved efficient, and the local operation mode proved to be a functional alternative, ensuring continuity and versatility for the experiment. Fluid data transmission was a notable feature in both modes, allowing instant visualization of the impact of control actions on the system. The conclusion is that the hybrid architecture solution in level control experimental benches enhances technical knowledge in IoT and demonstrates in practice the importance of redundancy and flexibility in engineering projects, making learning more interactive, resilient, and aligned with the challenges of Industry 4.0. |
| Palavras-chave: | Indústria 4.0 Internet das Coisas; MQTT broker microcontrolador ESP 32 Plataforma Flutter Linguagem Dart |
| Área(s) do CNPq: | CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Referência: | FERREIRA, João Marcos Souza. Aplicativo para controle de nível baseado em espaço de estados utilizando MQTT como protocolo de comunicação. 2025. 46 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47208 |
| Data de defesa: | 26-Set-2025 |
| Aparece nas coleções: | TCC - Engenharia Mecatrônica |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| AplicativoControleNivel.pdf | TCC | 2.16 MB | Adobe PDF | ![]() Visualizar/Abrir |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons
