Espressif Summit 2025- Sistemas IoT com ESP2 e comunicação via MQTT

Slides da palestra Sistemas IoT com ESP2 e comunicação via MQTT, apresentado durante Espressif Summit 2025 em Campinas, por Juliana Karoline de Sousa.

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Transcript

1. Sistemas IoT com ESP32 e comunicação via MQTT Juliana Karoline de Sousa | @julianaklulo
2. Juliana Karoline de Sousa @julianaklulo Cientista da Computação: UFSCar Co-fundadora: PyLadies São Carlos | grupy-sanca Hobbies: IoT | Robótica | Eletrônica | Impressão 3D Fora das telas: Patins | Muay Thai
3. Agenda 01 04 02 05 03 06 Introdução à IoT Percepção Rede Aplicação Exemplo Demonstração
4. 01 Introdução ao IoT
5. IoT (Internet das Coisas) Rede de objetos físicos com software e componentes embarcados que se comunicam e trocam informações com outros dispositivos através de uma rede.
6. Aplicações de IoT Cotidiano ➔ Casas Inteligentes ➔ Wearables Empresas ➔ Logística ➔ Hospitais Indústria ➔ Agricultura ➔ Automação …
7. Middleware Percepção Rede Aplicação Negócios Capta dados do ambiente utilizando dispositivos com sensores. Conecta os sensores à camada de processamento. Recebe os dados, armazena, processa e repassa informações. Gerencia o comportamento dos dispositivos com base nos dados. Analisa os dados, possibilitando a melhora do sistema. Arquitetura IoT em Camadas
8. 02 Camada de Percepção
9. Camada de Percepção Os sensores captam informações do ambiente físico e transformam em valores digitais que podem ser interpretados computacionalmente para tomadas de decisão.
10. Desafios no Sensoriamento Consumo de Energia Projetar aplicações com economia de energia e utilizar formas de recarga automática, como energia solar. Conectividade Implementar tolerância à falhas, como buffers para envio posterior e utilização de protocolos robustos.
11. Desafios no Sensoriamento Precisão e Calibração Tratar leituras imprecisas de sensores, interpolando os valores recebidos, ou adicionando redundância. Integridade Física Proteger os sensores de chuva, calor e poeira, utilizando caixas seladas e impermeáveis.
12. Estratégias de Sensoriamento Escalabilidade ➔ Permitir a adição ou troca de sensores sob demanda sem impactar as aplicações Modularidade ➔ Possibilitar a utilização do mesmo sensor em diversas aplicações
13. 03 Camada de Rede
14. Camada de Rede O transporte dos dados é um desafio que envolve diversas camadas. A escolha dos protocolos de comunicação deve levar em consideração onde a aplicação será implantada. Wi-Fi, ZigBee, LoRa IPv4, IPv6 TCP, UDP MQTT, CoAP Física Rede Aplicação Transporte
15. MQTT O MQTT é um protocolo para troca de mensagens leves que utiliza a arquitetura de publisher/subscriber. Consome poucos recursos, sendo uma das escolhas populares para IoT. Por que utilizar? ➔ Leve ➔ Confiável ➔ Seguro ➔ Bi-direcional ➔ Sessões permanentes
16. Arquitetura do MQTT publish subscribe subscribe subscribe dados dados dados dados Broker
17. Tópicos Os tópicos permitem o roteamento das mensagens entre os publishers e os subscribers. Eles possuem uma estrutura hierárquica, que permite filtros por níveis. casa / quarto / lampada / brilho nível separador
18. Filtros e Wildcards Para subscrever, é possível filtrar os tópicos, utilizando os wildcards de único nível (+) e múltiplos níveis (#). casa/+/temperatura ➔ casa/quarto/luminosidade ➔ casa/quarto/temperatura ➔ casa/cozinha/luminosidade ➔ casa/cozinha/temperatura ➔ casa/cozinha/geladeira/luminosidade ➔ casa/cozinha/geladeira/temperatura casa/cozinha/# ➔ casa/quarto/luminosidade ➔ casa/quarto/temperatura ➔ casa/cozinha/luminosidade ➔ casa/cozinha/temperatura ➔ casa/cozinha/geladeira/luminosidade ➔ casa/cozinha/geladeira/temperatura
19. Quality of Service (QoS) O protocolo MQTT possui garantias de entrega das mensagens entre o broker e os clientes, podendo ser configurado em 3 níveis, de acordo com a necessidade da aplicação. QoS 0: No Máximo Uma Vez ➔ Sem confirmação de recebimento. ➔ Nível mais rápido, mas menos confiável, pois a mensagem pode se perder. QoS 1: Pelo Menos Uma Vez ➔ Entrega garantida, com confirmação do broker. ➔ Pode ocorrer a entrega duplicada da mensagem ao assinante. QoS 2: Exatamente Uma Vez ➔ Handshake completo de 4 etapas entre o publicador, broker e assinante. ➔ É o nível mais confiável, mas também o mais lento
20. 04 Camada de Aplicação
21. Camada de Aplicação A camada de aplicação é o nível mais alto da arquitetura IoT e é responsável por interpretar, processar e apresentar os dados que foram coletados pelos sensores e transmitidos pelas camadas inferiores (rede e transporte). • Interface com o usuário ➔ Dashboards, aplicações, notificações Lógica de decisão ➔ Ativar um atuador, enviar alerta, armazenar os dados Processamento de dados ➔ Filtragem, análise, agregação, IA Integração com serviços externos ➔ Nuvem, APIs, bancos de dados
22. 05 Exemplo
23. Sensoriamento Componentes: ➔ ESP32 ➔ Sensor de Distância HC-SR04 ➔ Módulo Joystick ➔ Fonte de alimentação • Leitura dos sensores Tratamento dos dados Envio ao broker
24. Interface do Joystick •
25. Interface do Joystick •
26. Interface do Sensor de Distância •
27. Interface do Sensor de Distância •
28. Interface do Sensor de Distância •
29. Aplicação de Sensoriamento •
30. Aplicação de Sensoriamento •
31. Aplicação de Sensoriamento •
32. Leitura das mensagens Controle Componentes: ➔ ESP32 ➔ Anel de LED ➔ Servo Motor ➔ Fonte de alimentação • Tratamento dos dados Controle dos atuadores
33. Interface do Servo Motor •
34. Interface do Servo Motor •
35. Interface do Servo Motor •
36. Aplicação de Controle •
37. Aplicação de Controle •
38. Aplicação de Controle •
39. Aplicação de Controle •
40. Dashboard •
41. 06 Demostração
43. Obrigada! @julianaklulo
44. Repositório • tinyurl.com/esp32-mqtt Slides tinyurl.com/esp32-mqtt-slides