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Epaminondaslage/Automacao-industrial-e-residencial-Ecossistema-didatico

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Índice

Introdução

O objetivo principal do ecossistema didático de automação industrial e residencial é capacitar os alunos a desenvolverem competências para projetar, implementar e solucionar problemas em sistemas de automação, preparando-os para o mercado de trabalho e para futuras pesquisas na área. Além disso, essa abordagem prática e participativa tende a despertar o interesse dos estudantes, tornando o aprendizado mais envolvente e efetivo.

A criação de um ecossistema é uma iniciativa muito valiosa para promover o aprendizado e o desenvolvimento de habilidades na área de automação e Internet das Coisas (IoT). Esse tipo de projeto visa fornecer aos alunos uma experiência prática e hands-on, permitindo que eles adquiram conhecimentos teóricos e apliquem-nos na prática por meio de atividades de modelagem, montagem e teste de sistemas de controle.

O ecossistema didático de automação industrial e residencial proposto apresenta as seguntes caracteristicas:

  • Conteúdos teóricos: Disponibilizar materiais de ensino, tais como, links de apresentações, programas de computadores, links de e-books e artigos, tutoriais que explicam os conceitos e procedimentos aplicados a automação industrial, residencial e IoT. Esses materiais abordam tópicos como sensores, atuadores, redes de comunicação, protocolos de comunicação, programação de sistemas embarcados e arquiteturas de automação.

  • Manuais e tutoriais: Oferecer guias detalhados que orientem passo a passo os alunos na construção de sistemas de automação. Esses manuais podem incluir listas de materiais, instruções de montagem, códigos de programação e dicas para a solução de problemas comuns.

  • Kits para laboratórios: Disponibilizar ferramentas para utilização dos kits contendo os componentes e datasheets necessários para a construção dos sistemas de automação. Esses kits incluem sensores, atuadores, microcontroladores, placas de desenvolvimento e outros microcontoladores.

  • Ambientes fisicos e virtuais: Além dos kits físicos, é interessante fornecer ambientes virtuais de simulação nos quais os alunos possam modelar e testar seus sistemas de automação. A integração com Programas como o Scilab permite que os alunos experimentem e cometam erros sem riscos associados a sistemas reais.

  • Plataforma de divulgação: Utilizar a plataforma do Github que centralize todos os recursos, como links de vídeos, manuais, tutoriais e acesso aos ambientes de simulação. Essa plataforma pode incluir fóruns de discussão, onde os alunos podem interagir, trocar experiências e esclarecer dúvidas aplicadas a cada repositório.

  • Projetos práticos: Proporcionar aos alunos projetos práticos desafiadores, que incentivem a aplicação dos conhecimentos adquiridos. Os projetos podem variar em complexidade, permitindo que os alunos avancem gradualmente em suas habilidades utilizando os Kits apresentados e suas evoluções com o desenvolver do projeto.

  • Avaliação e feedback: Implementar mecanismos de avaliação para acompanhar o progresso dos alunos e fornecer feedback construtivo sobre suas realizações.

A utilização dessas plataformas, protocolos de comunicação e linguagens de programação permitem que os alunos apliquem seus conhecimentos em projetos práticos, preparando-os para futuras carreiras na área de automação e controle. A integração de sensores comerciais MQTT, Zigbee, ESPHome e WiFi oferece diversas opções para comunicação e coleta de dados em sistemas de automação. Essa combinação de recursos permite criar soluções eficientes e versáteis para aplicações residenciais, industriais e de Internet das Coisas (IoT).

GitHub-Plataforma de Divulgação

A plataforma de divulgação do ecossistema de automação industrial e residencial adotada será o GitHub. Todos os recursos, como vídeos, manuais, tutoriais e acesso aos ambientes de simulação, serão centralizados em repositórios separados por aplicação. Os alunos poderão interagir, trocar experiências e esclarecer dúvidas associados a cada repositório. Podemos enumerar algumas vantagens em usar este ambiente:

  • Centralização de Recursos: Programas, links para manuais, tutoriais, vídeos e acesso aos ambientes de simulação. Tudo em repositórios separados por temas.
  • Interatividade: Fóruns de discussão em cada repositório para interação, troca de experiências e esclarecimento de dúvidas.
  • Controle de Versão: Possibilidade de acompanhar mudanças e colaborar de forma coletiva.
  • Integração com Ferramentas: Facilidade para integrar-se a outras ferramentas de desenvolvimento.
  • Colaboração: Permite que os alunos contribuam com novos recursos e melhorias ("fork" e "pull request").
  • Acesso e Privacidade: Definição de permissões de acesso aos repositórios conforme a política de cada projeto.

Um dos principais benefícios do GitHub é permitir que os alunos criem "forks" dos repositórios, o que significa que eles podem fazer uma cópia do projeto original em suas contas pessoais. Ao criar um "fork", os alunos têm total liberdade para fazer modificações, melhorias e experimentar novas ideias sem afetar o repositório original. Após realizar suas modificações no "fork", eles podem propor que suas alterações sejam incorporadas ao repositório original por meio de um processo conhecido como "pull request".

Plataforma de Automação Residencial

Na automação residencial, a escolha de plataformas de código aberto é fundamental para oferecer flexibilidade e personalização. O Home Assistant é uma excelente opção entre as várias que se apresentam no mercado, atuando como um hub de automação que suporta uma ampla variedade de dispositivos e integrações. Sua interface intuitiva e flexível permite aos usuários personalizar e automatizar tarefas residenciais de acordo com suas preferências e necessidades específicas.

Escrita em Python pode ser executada em uma variedade de hardwares e sistemas operacionais, como Raspberry Pi, servidores Linux, Windows, macOS e máquinas virtualizadas, o Home Assistant fornece uma solução flexível e escalável para controlar e monitorar dispositivos e sistemas domésticos inteligentes. Utilizando uma arquitetura modular, suporta a integração com inúmeras marcas e protocolos populares, permitindo a interação com dispositivos como lâmpadas, termostatos, câmeras, entre outros. Os usuários podem personalizar suas automações e scripts utilizando a linguagem de configuração YAML e a interface gráfica do usuário, tornando possível criar cenários complexos de automação. A plataforma também oferece integração com assistentes de voz, como Amazon Alexa e Google Assistant, ampliando suas funcionalidades e tornando-o um hub centralizado para a automação inteligente de casas.

Repositórios Disponíveis

Plataforma Automação Industrial

As linguagens de programação são essenciais na automação industrial, seguindo a norma IEC 61131-3, que padroniza boas práticas para o desenvolvimento de programas de CLPs, buscando qualidade e economia de tempo no desenvolvimento e testes. Combinando o Node-RED com os nós Modbus, os alunos podem criar soluções poderosas de IoT e automação, tornando mais fácil e eficiente a integração de dispositivos e sistemas em ambientes industriais e residenciais. A programação visual do Node-RED simplifica o desenvolvimento de aplicações complexas, permitindo que mesmo os usuários com pouca experiência em programação possam criar soluções robustas para suas necessidades específicas.

O OpenPLC é uma plataforma de automação industrial de código aberto, projetada para implementar Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) de forma flexível e acessível. Compatível com diversos dispositivos de hardware, como Raspberry Pi e Arduino, o OpenPLC oferece uma solução versátil para controlar processos industriais. Sua conformidade com a norma IEC 61131-3 permite a programação utilizando linguagens padronizadas, como LD, IL e FBD, facilitando o desenvolvimento e reutilização de lógicas.

Repositórios Disponíveis

Kit didáticos

O uso de kits didáticos é uma solução viável para superar as limitações físicas, técnicas e financeiras associadas ao uso de sistemas reais em ambiente acadêmico. Esses kits proporcionam um ambiente de aprendizado semelhante aos sistemas reais, permitindo que os alunos apliquem os conhecimentos teóricos adquiridos na prática. Com uma variedade de sensores e módulos, os alunos podem realizar experimentos e projetos, ampliando sua compreensão dos conceitos teóricos e desenvolvendo suas habilidades práticas.

Kit IoT