Distances d’effet : BLEVE

Com base nos resultados obtidos no MSL, a discussão dos resultados está dividida nos seguintes temas:

a. Tecnologias de comunicação em SGRH; b. Sensores usados em SGRH;

c. Técnicas e sensores de nível de água; d. Controladores usados em SGRH; e

e. Energia usada para alimentação dos Nós em SGRH.

a. Tecnologias de comunicação em SGRH

Segundo evidências mapeadas neste MSL, para estabelecer a comunicação interna do SGRH as tecnologias mais usadas são (i) Zigbee 57%, (ii) Bluetooth 8% e (iii) Wi-Fi 8% dos trabalhos válidos.

(i) Bluetooth

Bluetooth, especificado em IEEE 802.15.1, é uma tecnologia bastante disseminada atualmente, devido ao seu uso em celulares, laptops, computadores, fones de ouvido e outros dispositivos. Bluetooth Low Energy (BLE) é uma versão do Bluetooth, especifi- cada na sua versão 4.0, de baixo consumo de energia. BLE permite diminuir os níveis de consumo de energia em aparelhos que não precisam transmitir grandes volumes de

Capítulo 3. Revisão da Literatura 50

dados. Isso ocorre porque ele foi projetado para aplicações que precisam enviar poucas informações e de forma esporádica.

Bluetooth e BLE não são tecnologias concorrentes, uma vez que o foco principal do BLE são aplicações cujo gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados como é o caso da versão tradicional do Bluetooth.

(ii) Zigbee

Zigbee é uma tecnologia especificada em IEEE 802.15.4 a fim de possibilitar um con- trole seguro, de baixo custo e de baixa potência em redes sem fio, incluindo soluções para a utilização de redes de sensores. Seu principal atrativo é o baixo consumo de energia. A tecnologia de redes sem fio Zigbee, tem seus dispositivos operando nas faixas de 2,4GHz (Global), 915Mhz (América) e 868Mhz (Europa) e com taxas de transferência de dados de 250kbps, 40kbps e 20kbps respectivamente.

Dependendo da velocidade de conexão, o alcance de transmissão varia entre 10m e 100m, podendo chegar a mais, dependendo diretamente da potência dos equipamentos e de características ambientais, como obstáculos físicos e interferência eletromagnética.

(iii) Wi-Fi

Wireless Fidelity (Wi-Fi), definido em IEEE 802.11, fornece comunicação ininterrupta ao usuário em taxas de dados mais altas que Zigbee e BLE, porém sua principal desvan- tagem em relação a esses é o alto consumo de energia.

Os principais padrões na família IEEE 802.11 são:

• IEEE 802.11a: Frequência 5 GHz com capacidade teórica de 2 Mbps; • IEEE 802.11b: Frequência 2,4 GHz com capacidade teórica de 11 Mbps; • IEEE 802.11g: Frequência 2,4 GHz com capacidade teórica de 54 Mbps;

• IEEE 802.11n: Frequência 2,4 GHz e/ou 5 GHz com capacidade de 150 a 600 Mbps.

Comparação Zigbee, BLE e Wi-Fi

Quanto ao número máximo de dispositivos pertencentes a uma rede, o BLE pode ter 8 células contra 65.000 possíveis com uma rede Zigbee e 2.007 para uma estrutura Wi-Fi. Zigbee, foi projetado para ser uma alternativa de baixa potência para Bluetooth, e de fato oferece um desempenho significativamente melhorado de 30mW em comparação com o 100mW do Bluetooth. Porém, com o surgimento do BLE, que consome em torno de 10% da energia consumida pelo Bluetooth, essas duas tecnologias tornaram-se atrativas para uso em produtos portáteis, sujeitos a curtos intervalos de uso. Por outro lado, Wi-Fi é projetado para uma conexão mais longa e necessita de dispositivos com uma fonte de alimentação substancial.

Os três protocolos aqui comparados possuem mecanismos de criptografia e autentica- ção para segurança da informação. O padrão 802.15.4 requer o uso do algoritmo AES com chaves e comprimentos de bloco de 128 bits. Da mesma forma que a especificação Zigbee, a confidencialidade da sessão no BLE também é fornecida pela criptografia AES.

Capítulo 3. Revisão da Literatura 51

b. Sensores de qualidade de água usados em SGRH

A Portaria 2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde, dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Ela estabelece os parâmetros a serem medidos e controlados para que a água seja considerada própria para o consumo humano.

No seu Art. 3º essa portaria diz que:"Toda água destinada ao consumo humano, distri-

buída coletivamente por meio de sistema ou solução alternativa coletiva de abastecimento de água, deve ser objeto de controle e vigilância da qualidade da água".

Neste MSL foram enumerados 18 tipos de sensores usados em SGRH. Acredita-se que o emprego de um subconjunto dos sensores enumerados nas categorias Gerenciamento de Água e Monitoramento de Água seja suficiente para a maioria dos projetos de SGRH.

c. Técnicas e sensores de nível de água

Existem diversos sensores comerciais e propostos pela academia que se propõem a realizar a medição do nível de água e muitos fatores afetam a seleção desses sensores, alguns deles são: qualidade, ambiente a ser usado, intervalo de medição, tempo de resposta e custo do sensor (LOIZOU; KOUTROULIS, 2016).

Uma boa solução para sistemas de medição em aplicações de nível de água é o uso de sensores capacitivos. Nesta técnica o nível do líquido contido entre placas de metal altera a capacitância total do sensor. Devido à grande variedade de materiais disponíveis no mercado, os sensores capacitivos de nível de líquido podem ser de baixo custo e certificados para contato com água potável.

As principais desvantagens da abordagem de tipo capacitivo são que ela pode ser afetada por capacitâncias parasitas e que o desempenho em longo prazo dos materiais de construção devem ser testado (LOIZOU; KOUTROULIS, 2016). Além disso, o material do

cabo usado para construir o sensor deve ser certificado em termos de higiene, a fim de ser apropriado ao uso em tanques de armazenamento de água potável.

Atualmente, os sensores de ultrassons são os sensores de nível de água mais utilizados em tanques de armazenamento de líquidos em grande escala, por serem não invasivos, serem facilmente instalados e seu funcionamento não depender do tipo de líquido (KONS- TANTINOS et al., 2015). Sensores ultrassônicos capturam ondas acústicas refletidas a partir da superfície da água, onde o tempo de viagem de onda corresponde à distância entre a superfície da água e o sensor.

No entanto, estes sensores apresentam a principal desvantagem de que as ondas sonoras emitidas sobre a superfície do líquido podem ser dispersadas, por exemplo, devido a movimento do líquido ou a existência de bolhas, o que pode resultar em erro de precisão.

d. Controladores usados em SGRH

IoT usa um controlador para funções de controle, análise e comunicação, empregados para controlar os sensores e as comunicações dos sistemas. Neste MSL verificou-se uma

Capítulo 3. Revisão da Literatura 52

Figura 19 – MSL - Características Arduino e Raspberry Pi

Fonte: Arduino4 _{e Raspberry Pi}5

grande variedade de controladores usados em SGRH. Porém, duas plataforma de prototi- pagem se destacaram: Arduino e Raspberry Pi, sendo usados em 26% e 19% dos trabalhos válidos respectivamente.

Arduino e Raspberry Pi são duas plataformas bem diferentes. Raspberry Pi é um computador totalmente funcional, enquanto o Arduino é um microcontrolador. Enquanto o Arduino é uma plataforma específica para desenvolvimento de projetos eletrônicos, o Raspberry Pi é um computador completo com sistema operacional, interface com usuário, possibilidade de ligação de periféricos e afins. A Figura 19 mostra as principais caracte- rísticas destas duas plataformas.

O preço e o tamanho dos dois dispositivos são praticamente as únicas semelhanças. Raspberry Pi é cerca de 40 vezes mais rápido no que diz respeito a velocidade de clock do que o Arduino e possui 128.000 vezes mais memória RAM. O Raspberry Pi é um com- putador independente que pode executar um sistema operacional Linux. Essas vantagens de configuração de hardware do Raspberry custam um consumo de energia quatro vezes maior do que a do Arduino.

Enquanto o Raspberry Pi é superior na aplicação de software, a simplicidade do Ar- duino faz com que seja uma solução mais adequada para projetos de hardware puro. O Arduino tem uma capacidade de trabalho em tempo-real e analógico melhor que o Rasp- berry Pi. Esta flexibilidade permite que o Arduino trabalhe com diversos tipos de sensores ou chips, sendo o Arduino ideal para condução de motores, leitura de sensores e tarefas com LED.

e. Energia usada para alimentação dos Nós em SGRH

A forma de obtenção de energia em SGRH é importante uma vez que muitos dos Nós nestes tipos de sistemas estão localizados em locais sem acesso a energia externa, ou encontram-se em locais de difícil acesso para troca de bateria. Segundo esse MSL, as formas de alimentação de energia mais usadas em SGRH são (i) Bateria 45%, (ii) Painel de Energia Solar 45% e (iii) Energia externa 7% dos sistemas.

(i) Bateria

Conectar diretamente o controlador a uma bateria é uma opção, porém possui o grande inconveniente de que as baterias convencionais se esgotariam rapidamente ao fornecer

Capítulo 3. Revisão da Literatura 53

energia para esses sistemas.

Apenas para ilustrar, Ahamed et al. (2015) propuseram um Sistema de Aquisição de Dados ECG Sem Fio, no qual para alimentação é usado Bateria de 9V e 250 mAh, sendo usado uma Placa Arduino, um Sensor e um módulo Bluetooth para comunicação. Os com- ponentes usados para esse sistema consomem aproximadamente 65mA. A bateria neste sistema durou em torno de 22 horas de extração contínua de dados de eletrocardiograma.

(ii) Painel de Energia Solar

A principal desvantagem do projeto alimentado por bateria é que ele vai esgotar após certo tempo. Esta desvantagem pode ser eliminada usando recursos naturais como energia solar. Os painéis solares são dispositivos que convertem luz solar em energia elétrica.

As principais vantagens de usar painel solar são: é uma fonte renovável, energia limpa, possui baixo custo de manutenção e pode ser usado em locais não atendidos por outras fontes de energia. Suas desvantagens são: em dias de chuva ou com baixa incidência de sol diminui a geração de energia e no período da noite não ocorre a produção de energia. O estado da arte é usar um painel solar para capturar energia, e então usar uma bateria para armazená-la. Assim, este dispositivo funciona como uma fonte de alimentação de forma totalmente independente. Desta forma, o painel solar alimenta o dispositivo durante o dia e a bateria fornece a energia durante a noite ou quando não há incidência solar suficiente.

(iii) Fonte Externa

Nesta solução um adaptador é usado para converter a energia elétrica fornecida por companhias especializadas em alimentação para os dispositivos.

A opção com energia externa oriunda de uma rede convencional de energia possui a vantagem de ser uma fonte constante de energia e de baixo custo. Porém essa solução possui o inconveniente de ter cabos elétricos saindo da fonte até o Nó, o que em alguns casos podem chegar a dezenas de metros.