FSE - Trabalho 1 (2022-2)
| Aluno | Matricula |
|---|---|
| Julia Farias Sousa | 180103792 |
1. Objetivos
Este trabalho tem por objetivo a criação de um sistema distribuído de automação predial para monitoramento e acionamento de sensores e dispositivos de um prédio com múltiplas salas. O sistema deve ser desenvolvido para funcionar em um conjunto de placas Raspberry Pi com um servidor central responsável pelo controle e interface com o usuário e servidores distribuídos para leitura e acionamento dos dispositivos. Dentre os dispositivos envolvidos estão o monitoramento de temperatura e umidade, sensores de presença, sensores de fumaça, sensores de contagem de pessoas, sensores de abertura e fechamento de portas e janelas, acionamento de lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado, alarme e aspersores de água em caso de incêndio.
2. Componentes do Sistema
Para simplificar a implementação e logística de testes do trabalho, a quantidade de salas do prédio e o número de sensores foi reduzido a um mínimo representativo. Estarão disponíveis para teste 4 placas Raspberry Pi para executar os Servidores Distribuídos e o Servidor Central. A configuração do sistema está detalhada abaixo:
O sistema do Servidor Central será composto por:
- 01 placa Raspberry Pi 4;
O sistema do Servidor Distribuído será composto por:
- 01 Placa Raspberry Pi 4;
- 01 Sensore de Temperatura (DHT22)
- 01 Circuito de potência com 5 relés para acionametno de Lâmpadas / Aparelhos de Ar-Condicionado, etc.;
- 02 Sensores de fechamento de portas/janelas;
- 01 Sensore de presença;
- 01 Sensore de fumaça;
- 02 Sensores de Contagem de Pessoas (Cada pessoa que passa aciona o sinal do sensor por aprox. 200 ms, são 2 sensores por sala);
- 01 Alarme (Buzzer).
3. Conexões entre os módulos do sistema
- Os servidores distribuídos deverão se comunicar com o servidor central através do Protocolo TCP/IP (O formato das mensagens ficam à cargo do aluno. A sugestão é o uso do formato JSON);
- Cada instância do servidor distribuído (uma por sala) deve rodar em um processo paralelo em portas distintas);
- O sistema de alarme do servidor Central deverá ser acionado indicando na tela do sistema que o mesmo está em operação;
- O sensores de temperatura / umidade (DHT22) estão conectados diretamete à porta GPIO e da placa Raspberry Pi do Servidor Distribuído (o número do pino está detalhado na tabela);
- As lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado e os diversos sensores estão ligados aos pinos da GPIO conforme a Tabela 1.
| Item | Sigla | GPIO | Direção |
|---|---|---|---|
| Configuração 01 - Sala 01 e Sala 03 | |||
| Lâmpada 01 da Sala | L_01 | 18 | Saída |
| Lâmpada 02 da Sala | L_02 | 23 | Saída |
| Ar-Condicionado | AC | 24 | Saída |
| Projetor Multimídia | PR | 25 | Saída |
| Alarme (sirene / buzzer) | AL_BZ | 08 | Saída |
| Sensor de Presença | SPres | 07 | Entrada |
| Sensor de Fumaça | SFum | 01 | Entrada |
| Sensor de Janela | SJan | 12 | Entrada |
| Sensor de Porta | SPor | 16 | Entrada |
| Sensor de Contagem de Pessoas Entrada | SC_IN | 20 | Entrada |
| Sensor de Contagem de Pessoas Saída | SC_OUT | 21 | Entrada |
| Sensor de Temperatura / Umidade DHT22 | DHT22 | 04 | 1-Wire |
| Configuração 02 - Sala 02 e Sala 04 | |||
| Lâmpada 01 da Sala | L_01 | 26 | Saída |
| Lâmpada 02 da Sala | L_02 | 19 | Saída |
| Ar-Condicionado | AC | 13 | Saída |
| Projetor Multimídia | PR | 06 | Saída |
| Alarme (sirene / buzzer) | AL_BZ | 05 | Saída |
| Sensor de Presença | SPres | 00 | Entrada |
| Sensor de Fumaça | SFum | 11 | Entrada |
| Sensor de Janela | SJan | 09 | Entrada |
| Sensor de Porta | SPor | 10 | Entrada |
| Sensor de Contagem de Pessoas Entrada | SC_IN | 22 | Entrada |
| Sensor de Contagem de Pessoas Saída | SC_OUT | 27 | Entrada |
| Sensor de Temperatura / Umidade DHT22 | DHT22 | 18 | 1-Wire |
4. Requisitos
Os sistema de controle possui os seguintes requisitos:
Servidor Central
O código do Servidor Central pode ser desenvolvido em Python, C ou C++. Em qualquer uma das linguagens devem haver instruções explicitas de como instalar e rodar. Para C/C++ basta o Makefile e incluir todas as dependências no próprio projeto.
O servidor central tem as seguintes responsabilidades:
- Manter conexão com o servidor distribuído (TCP/IP);
- Prover uma interface que mantenham atualizadas as seguintes informações:
a. Estado das entradas (Sensores);
b. Estado das Saídas (lâmpadas, aparelhos de ar, etc.);
c. Valor da temperatura e umidade de cada sala a cada 2 segundos;
d. Contador de Ocupação (Número de Pessoas) presentes no prédio como um todo e a ocupação individual de cada sala; - Prover mecanismo na interface para:
a. Acionar manualmente lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado e projetores das salas;
b. Acionamento do sistema de alarme que, quando estiver ligado, deve tocar um som de alerta (acionar a sirene/buzzer) ao detectar presenças ou abertura de portas/janelas;
c. Acionamento de alarme de incêncio que, ao detectar presença de fumaça a qualquer momento deve soar o alarme; - Manter log (em arqvuio CSV) dos comandos acionados pelos usuários e do acionamento dos alarmes com data e hora e cada evento;
Servidores Distribuídos
O código do Servidor Distribuído deve ser desenvolvido em C/C++ ou Python;
Os servidores distribuídos tem as seguintes responsabilidades:
- Manter os valores de temperatura e umidade atualizados a cada 2 segundos (Sendo requisitado pelo servidor central periodicamente ou enviado via mensagem push);
- Acionar Lâmpadas, aparelhos de Ar-Condicionado e projetores (mantendo informação sobre seu estado) conforme comandos do Servidor Central e retornando uma mensagem de confirmação para o mesmo sobre o sucesso ou não do acionamento;
- Manter o estado dos sensores de presença e abertura de portas/janelas informando ao servidor central imediatamente (mensagem push) quando detectar o acionamento de qualquer um deles;
- Manter o estado dos sensores de fumaça informando ao servidor central imediatamente (mensagem push) quando detectar o acionamento de qualquer um deles;
- Efetuar a contagem de pessoas entrando e saindo da sala para controle de ocupação;
- Cada instância dos servidores distribuídos deve ser iniciada conforme o arquivo descrição JSON disponível neste repositório (Somente a porta local de cada servidor deve ser modificada no arquivo para cada aluno conforme a distribuição de portas disponibilizada para a turma).
Geral
- Os códigos em C/C++ devem possuir Makefile para compilação;
- Cada serviço (programa) deve poder ser iniciado independente dos demais e ficar aguardando o acionamento dos demais;
- Deverá haver um arquivo README no repositório descrevento o modo de instalação/execução e o modo de uso do programa.
5. Detalhes de Implementação
- Os sensores de contagem de pessoas serão acionados por aprox. 200 ms (podendo variar em aprox. 100 ms para mais ou para menos). Neste caso, o sistema deverá detectar e contar corretamente somente uma entrada ou saída.
- O programa não poderá usar 100% da CPU em nenhum caso. Todas as threads/processos deverão funcionar com algum tipo de temporizador ou sleep para desocupar o processador em algum momento ou através de chamadas blocantes.
- O programa do Servidor Distribuído deve ser genérico para poder ser associado a qualquer sala do prédio e inicializado à partir de um arquivo de configuração (JSON), disponível neste repositório.
- Os sensores de presença nos corredores terão duas funções:
a. Caso o sistema de alarme esteja ligado, deverão acionar a sirene/buzzer;
b. Caso o sistema de alarme esteja desligado, deverão acender as duas lâmpadas da sala por 15 segundos e depois apagar; - Deve haver um meio de ligar todas as lâmpadas do prédio ou por sala. E de desligar todas as cargas do prédio ou por sala (Lampadas, projetores e aparelhos de Ar-Condicionado).
- Ao acionar o sistema de alarme, deve haver uma verificação se o sensores que ativam o alarme estão ligados. Neste caso, o sistema deve alertar o usuário e não permitir o acionamento do sistema alarme enquanto todos os itens que o acionam estejam desativados.
6. Critérios de Avaliação
Entrega:
- Link do repositório incluindo o README com as instruções de execução;
- Vídeo de até 5 min mostrando o sistema em funcionamento (Prioritariamente mostrando o funcionamento em si e se possível destacar partes do código fonte).
A avaliação será realizada seguindo os seguintes critérios:
| ITEM | DETALHE | VALOR |
|---|---|---|
| Servidor Central | ||
| Interface (Monitoramento) | Interface gráfica (via terminal, web, etc) apresentando o estado de cada dispositivo (entradas e saídas), a temperatura, umidade e o número de pessoas ocupando o prédio sendo atualizada periodicamente. | 1,0 |
| Interface (Acionamento de Dispositivos) | Mecanismo para acionamento de lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado e projetores individualmente ou em grupos. | 1,0 |
| Acionamento do Alarme | Mecanismo de ligar/desligar alarme e acionamento do alarme de acordo com o estado dos sensores com alerta no acionamento. | 0,5 |
| Alarme de Incêndio | Implementação da rotina de acionamento do alarme de incêncio. | 0,5 |
| Log (CSV) | Geração de Log em arquivo CSV. | 0,5 |
| Servidores Distribuídos | ||
| Inicialização (Arquivo de Configuração) | Correta inicialização do serviço à partir do arquivo de configuração JSON. | 0,5 |
| Leitura de Temperatura / Umidade | Leitura, armazenamento e envio dos valores de temperatura / umidade por sala. | 0,7 |
| Acionamento de Dispositivos | Correto acionamento de lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado e aspersor pelo comando do Servidor Central. | 0,7 |
| Estado dos Sensores | Correta leitura e envio (mensagem push) para o Servidor Central um alerta pelo acionamento dos sensores de presença / abertura de portas/janelas e sensor de fumaça. | 0,8 |
| Contagem de pessoas | Correta leitura dos sensores de contagem de pessoas (Por sala e Total). | 0,8 |
| Geral | ||
| Comunicação TCP/IP | Correta implementação de comunicação entre os servidores usando o protocolo TCP/IP, incluindo as mensagens do tipo push. | 1,5 |
| Qualidade do Código / Execução | Utilização de boas práticas como o uso de bons nomes, modularização e organização em geral, bom desempenho da aplicação sem muito uso da CPU. | 1,5 |
| Pontuação Extra | Qualidade e usabilidade acima da média. | 0,5 |
7. Configuração
🛠️ 7.1 Requisitos para rodar o projeto
✔️ Python 3.9
🛠️ 7.2 Como rodar o projeto
Clonar o repositório:
git clone https://github.com/julisous/T1_FSEEntrar na pasta do projeto:
cd T1_FSEInstalar dependencias
pip install -r requirements.txt🛠️ 7.3 Servidor
Para executar o servidor, execute no terminal:
cd src
cd server
python3 server.py🛠️ 7.4 Cliente
Para executar os clientes, execute no terminal:
cd src
cd client
python3 client.py🛠️ 7.5 Comandos
✔️ Para executar um comando para todas as salas, digite: comando + enter.
✔️Para executar o comando para uma sala em particular, digite: número da sala + número identificador do comando , separados por um espaço.
8 Referências
Bibliotecas em Python - GPIO
- gpiozero (https://gpiozero.readthedocs.io)
- RPi.GPIO (https://pypi.org/project/RPi.GPIO/)
A documentação da RPi.GPIO se encontra em https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/Examples/
Bibliotecas em C/C++ GPIO
- WiringPi (http://wiringpi.com/) - Descontinuada
- BCM2835 (http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/)
- PiGPIO (http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/index.html)
- sysfs (https://elinux.org/RPi_GPIO_Code_Samples)
Lista de Exemplos em diversas linguagens - GPIO
Há um compilado de exemplos de acesso à GPIO em várias linguages de programação como C, C#, Ruby, Perl, Python, Java e Shell (https://elinux.org/RPi_GPIO_Code_Samples).
Sensor de Temperatura e Umidade (DHT22)
- Python (https://learn.adafruit.com/dht-humidity-sensing-on-raspberry-pi-with-gdocs-logging/python-setup)
- C/C++ - BCM2835 (https://gist.github.com/rm-hull/5862591)
- C/C++ - WirinfPi - (https://github.com/Qengineering/DHT22-Raspberry-Pi)
- Exemplo de uso do DHT22 em C - WiringPi (https://github.com/nebulx29/dht22)
Link do Enunciado:
https://gitlab.com/fse_fga/trabalhos-2022_2/trabalho-1-2022-2