trabalho de conclus~ao de curso um sistema embarcado … · 2020. 1. 14. · resumo este trabalho...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS
Faculdade de Computação e Engenharia Elétrica
Bacharelado em Engenharia da Computação
Trabalho de Conclusão de Curso
UM SISTEMA EMBARCADO PARA REGISTRO DE FLUXO DE
PESSOAS:
Uma aplicação à biblioteca do Campus II da UNIFESSPA
Flávio da Costa Salgado
Marabá-PA
2019
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Flávio da Costa Salgado
UM SISTEMA EMBARCADO PARA REGISTRO DE FLUXO DE
PESSOAS:
Uma aplicação à biblioteca do Campus II da UNIFESSPA
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentadoà Universidade Federal do Sul e Sudeste doPará, como parte dos requisitos necessáriospara obtenção do T́ıtulo de Bacharel emEngenharia da Computação.
Orientador:Prof. Dr. Elton Rafael Alves
Marabá-PA
2019
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Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Biblioteca Setorial Campus do Tauarizinho da Unifesspa
Salgado, Flávio da Costa
Um sistema embarcado para registro de fluxo de pessoas: uma aplicação à biblioteca do Campus II da UNIFESSPA / Flávio da Costa Salgado ; orientador, Elton Rafael Alves. — Marabá : [s. n.], 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Instituto de Geociências e Engenharias, Faculdade de Engenharia da Computação, Marabá, 2019. 1. Sistemas embarcados (Computadores). 2. Fluxo de dados (Computadores). 3. Banco de dados. 4. Estatística - Métodos gráficos. I. Alves, Elton Rafael, orient. II. Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará. III. Título.
CDD: 22. ed.: 005.43
Elaborada por Alessandra Helena da Mata Nunes - CRB2/586
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Flávio da Costa Salgado
UM SISTEMA EMBARCADO PARA REGISTRO DE FLUXO DE
PESSOAS:
Uma aplicação à biblioteca do Campus II da UNIFESSPA
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentadoà Universidade Federal do Sul e Sudeste doPará, como parte dos requisitos necessáriospara obtenção do T́ıtulo de Bacharel emEngenharia da Computação.
Marabá: 04 de Julho de 2019
BANCA QUALIFICADORA:
Prof. Dr. Elton Rafael Alves(Orientador - FACEEL/UNIFESSPA)
Prof. Dr. José Carlos da Silva(Membro da Banca - FACEEL/UNIFESSPA)
Prof. Me. Fernando de Gusmão Coutinho(Membro da Banca - FACEEL/UNIFESSPA)
Marabá-PA
2019
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A toda minha famı́lia, com muito amor.
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AGRADECIMENTOS
Como cristão, agradeço primeiramente à Deus.
A minha mãe Maria Leila Salgado Costa, que sempre esteve ao meu lado, acre-
ditando no meu potencial para engenharia, me trazendo sempre bons conselhos, me
incentivando a nunca desistir dos meus objetivos trilhados, ao apoio financeiro dado, e
também me ajudando superar os momentos mais dif́ıceis, momentos de cansaço, estresses,
e sempre me dizendo que a fé nos faz alcançar tudo que desejamos.
Ao meu pai Euŕıpedes da Costa Fonseca, por ter me ensinado que a palavra de
um homem honesto vale mais que um documento; pelo enorme e important́ıssimo apoio
financeiro dado, por não desistir de mim e acreditar que uma dia eu conseguiria alcançar
meus objetivos sonhados, e sempre me dizer que a formação superior é algo indispensável
nos dias atuais da sociedade brasileira.
Ao professor Dr. Elton Rafael Alves por ter acreditado em mim; pela sua contribui-
ção em minha formação em diversas disciplinas que ministrou, por seu compartilhamento
de experiências de Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) em Engenharia da Computação
que contribúıram fortemente no desenvolvimento deste Pré-Projeto de TCC, e pela sua
paciência em sempre dar atenção e me ajudar dentro do posśıvel, com humildade, respeito
e educação.
A todos do Laboratório de Computação Cient́ıfica (LCC) da Universidade Federal
do Sul e Sudeste do Pará (UNIFESSPA), ao seu coordenador, Analista de Sistemas
Rogério Rômulo da Silva que compartilhou conhecimentos de grande importância na
minha formação e aos colegas de estágio que sempre estiveram dispostos a contribuir com
conhecimento.
A todos os professores da Faculdade de Computação e Engenharia Elétrica (FA-
CEEL) que contribúıram de forma direta ou indireta na minha formação, com destaques a
professora Mestre Aline Farias Gomes de Sousa e ao professor Mestre Cláudio de Castro
Coutinho que foram meus coordenadores durante o peŕıodo que passei responsável pelos
laboratórios de informática da faculdade.
Aos meus familiares e amigos que na forma direta ou indireta me ajudaram e
deram apoio quando necessário.
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A mente que se abre a uma nova
ideia jamais voltará a seu tamanho
original.
(Albert Einstein, 1879 - 1955)
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RESUMO
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado que possibilita oregistro de fluxo de entrada e sáıda de pessoas. O sistema disponibiliza ao usuário finala possibilidade de visualizar as informações gravadas em um banco de dados, através deum software desktop desenvolvido. Tem-se como adoção a plataforma BlackBoard UNOR3, fabricada pela empresa brasileira Robocore, além de três tipos diferentes de sensores:ultrassônico, infravermelho(do tipo ativo) e PIR(Passive Infrared Sensor). Estes sensoresforam comparados entre si para justificar-se a escolha do sensor no sistema embarcadofinal. Observou-se através dos resultados obtidos que o sensor mais lento em tempo dedesempenho, o PIR, mostrou-se o mais adequado. A validação do sistema foi realizada nabiblioteca do Campus II da UNIFESSPA em Marabá-PA. Além disso o sistema desktopdesenvolvido, possibilitará ao usuário final, gerar gráficos estat́ısticos que permitam aousuário final realizar a análise dos dados como, dias e horários com maior e menor fluxode pessoas.
Palavras-chave: Sistema Embarcado. Sensores. Fluxo de Pessoas. Banco de Dados.Software Desktop. Gráficos Estat́ısticos.
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ABSTRACT
This paper presents the development of an embedded system that enables the registrationof inflow and outflow of people. The system provides the end user with the possibility toview the information recorded in a database through a developed desktop software. Theadoption is the platform BlackBoard UNO R3, manufactured by the Brazilian companyRobocore, and three different types of sensors: ultrasonic, infrared (active type) andPIR ( textit Passive Infrared Sensor). These sensors were compared with each other tojustify the choice of sensor in the final embedded system. It was observed from the resultsobtained that the slowest sensor in performance time, the PIR, was the most appropriate.The validation of the system was performed at the UNIFESSPA Campus II library inMarabá-PA. In addition, the developed desktop system will enable the end user to generatestatistical graphs that allow the end user to perform data analysis such as days and timeswith larger and smaller flow of people..
Keywords: Embedded system. Sensors. Flow of People. Database. Desktop Software.Statistical Graphs.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Projeto de Contagem por Câmera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figura 2 – Projeto com utilização do microcontrolador PIC . . . . . . . . . . . . . 18
Figura 3 – Projeto com utilização do Kit LaunchPad MSP430 . . . . . . . . . . . 18
Figura 4 – Projeto com utilização do Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 5 – Placa BlackBoard UNO R3 da Robocore Brasil . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 6 – Funcionamento de um sensor PIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 7 – Sensor PIR DYP-ME003 utilizado neste projeto . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 8 – Sensor Infravermelho utilizado neste projeto . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 9 – Funcionamento básico de um sensor IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 10 – Funcionamento básico de um sensor ultrassônico . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 11 – Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04 utilizado neste projeto . . . 25
Figura 12 – Módulo RTC DS1307 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 13 – Módulo Bluetooh HC-05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figura 14 – Sofware PyQt5 Designer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figura 15 – Caracteŕısticas do MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figura 16 – Esquema para sensor PIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figura 17 – Esquema para sensor IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figura 18 – Esquema para sensor Ultrassônico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figura 19 – Diagrama de Caso de Uso do sistema de registro de fluxo . . . . . . . . 33
Figura 20 – Modelos propostos de configuração estratégica sensorial para registro
de fluxo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 21 – Visão interna da biblioteca, vista por quem esta entrando . . . . . . . . 34
Figura 22 – Sistema Embarcado com Par de Sensores PIR . . . . . . . . . . . . . . 36
Figura 23 – Vista do local onde foi instalado o sistema embarcado contendo sensor
PIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figura 24 – Sistema Embarcado com sensores Ultrassônicos . . . . . . . . . . . . . 38
Figura 25 – Vista da instalação do sistema embarcado contendo sensor Ultrassônico 39
Figura 26 – Visão interna do embarcado que adotou o sensor IR . . . . . . . . . . . 39
Figura 27 – Vista da instalação do sistema embarcado contendo sensor IR . . . . . 40
Figura 28 – Anteparo preto, resolvendo a problemática de reflexão do infravermelho 40
Figura 29 – Janela principal do software de usuário final . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figura 30 – Janela de visualização de registros, do software de usuário final . . . . 42
Figura 31 – Janela para gerar gráficos, por peŕıodo de dias . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 32 – Gráfico gerado por peŕıodo de dias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 33 – Janela para gerar gráficos, por horários de um dia . . . . . . . . . . . . 44
Figura 34 – Gráfico gerado por horários de um dia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 35 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado
contendo sensor Ultrassônico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
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Figura 36 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado
contendo sensor PIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 37 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado
contendo sensor IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
TCC Trabalho de Conclusão do Curso
NBR Norma Brasileira
LDR Light Dependent Resistor
PIR Passive Infrared Sensor
USP Universidade de São Paulo
PC Personal Computer
USB Universal Serial Bus
UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná
CPU Central Processing Unit
PIC Peripherical Interface Controller
FTDI Future Technology Devices International
SQL Structured Query Language
IR Infrared Radiation
CI Circuito Integrado
LED Light Emitting Diod
2D Two Dimensional
GND Graduated Neutral Density Filter
UNIFESSPA Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.1 Objetivos Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.2 Objetivos Espećıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Trabalhos Correlatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4 Organização do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 METODOLOGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.1 Plataforma de Computação Embarcada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.1.1 BlackBoard UNO R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.2.1 Sensor de Presença/Movimento PIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.2.2 Sensor de Obstáculo Infravermelho IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.2.3 Sensor Ultrassônico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.2.4 Módulo RTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.2.5 Módulo Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Linguagem Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.2 Framework PyQt5 e PyQt5 Designer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.3 Framework Pandas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.4 Framework Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.5 Banco de Dados MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3 Esquemas Eletrônicos do Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Funcionamento Geral do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5 Validação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
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3 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1 Resultados do Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.1 Sistema Embarcado com Par de Sensores PIR . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2 Sistema Embarcado com Par de Sensores Ultrassônicos . . . . . . . . . 37
3.1.3 Sistema Embarcado com Par de Sensores IR . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 Resultados do Software pra Usuário Final . . . . . . . . . . . . . 40
3.3 Tempo de Desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4 Diferença Entre Entradas e Sáıdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
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1 INTRODUÇÃO
“Na atualidade, a maioria das tarefas de contagens de pessoas é realizada por
microprocessadores e/ou microcontroladores que através de um programa apropriado,
mantém a contagem dentro de sua memória de dados” (GRIZ; LUKACHESKI, 2013).
“Empresas que utilizam a tecnologia de forma inteligente estão sempre nafrente das concorrentes e conseguem ampliar resultados, aproveitando da melhorforma o potencial de seu negócio. O conhecimento do fluxo de pessoas emestabelecimentos é um dos conhecimentos fundamentais para melhorar a gestão,construir uma boa experiência de compra para o cliente final e aumento doslucros. Com este tipo de dado, a empresa pode tirar diversas conclusões sobre omovimento da sua loja e planejar ações imediatas” (OGGIAM, 2015).
“Conhecendo o fluxo de clientes é posśıvel, por exemplo, preparar sua equipe
de vendas de acordo com o comportamento de entrada ao longo do dia e programar os
melhores horários de folga” (OGGIAM, 2015).
“Em escolas, o controle do fluxo de alunos é fundamental para que não ocorramexcesso de alunos na porta ou na hora de entrar e sair do transporte escolar. Háescolas que separam os horários de entrada e sáıda dos alunos por turmas, paradiminuir o tráfego de estudantes em um mesmo horário” (WPENSAR, 2018).
“Em bibliotecas, um sistema de controle de fluxo de pessoas permitem minimizaro tempo gasto atualmente por funcionários para executar essa tarefa, podendoos dados obtidos serem armazenados para que possam ser visualizados ao finalde um peŕıodo, dia, semana ou mês” (GRIZ; LUKACHESKI, 2013).
Diversos são o benef́ıcios proporcionados pela contagem de fluxo de pessoas
em diversos ambientes, como melhorar a gestão de estabelecimentos visando melhores
lucros, realizar planejamentos de acordo com os dados coletados; em escolas reduzir
congestionamento na sáıda de alunos. Assim, facilitar o trabalho de quem possui esse tipo
de tecnologia implantado.
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado, medi-
ante a comparação entre três diferentes sensores que possibilitam registro de fluxo de
pessoas. A validação deste trabalho foi realizada no Biblioteca do Campus 2 da UNIFE-
ESPA(Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará).
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivos Geral
Desenvolver um Sistema Embarcado de sensoriamento com uso da plataforma
de computação embarcada BlackBoard, com a finalidade de realizar registro de fluxo
bidirecional de pessoas e informar os dados ao usuário final através de software desktop.
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1.1.2 Objetivos Espećıficos
• Utilizar a plataforma de computação embarcada BlackBoard UNO R3 como controla-dor do sensoriamento. Com testes para averiguar três tipos de sensores: ultrassônico,
infravermelho e PIR(Passive Infrared Sensor - Sensor Infravermelho Passivo). Para
escolha do sensor que melhor se enquadra nessa proposta.
• Desenvolver o firmware do sistema embarcado capaz de detectar o acionamento dossensores e gravar dados no Banco de Dados, como horário do acionamento, data, e
direção(entrada/sáıda).
• Utilizar pares dos sensores anteriormente citados de forma que possibilite detectar osentido do fluxo.
• Projetar um sistema embarcado capaz de ler o intervalo de tempo de acionamentodo sensor e a volta ao estado de espera, gravando no banco de dados. Tal dado
será utilizado para checar qual sensor é o melhor para o caso aplicado, baseado em
desempenho de tempo.
• Desenvolver um software para usuário final, no caso para os servidores/funcionáriosda biblioteca, que possibilite visualizar os dados fornecidos pelo embarcado, podendo
gerar gráficos do fluxo de pessoas.
1.2 Justificativa
Um sistema contador de fluxo permite, por exemplo, saber quais os dias e horários
em que há mais circulação nos corredores do shopping ou até mesmo dentro de uma loja.
De posse desses dados, é posśıvel redesenhar todo o seu planejamento estratégico ou mesmo
parte dele, conforme a necessidade do momento (ANALYTICS, 2018).
Visualizar a distribuição do fluxo de clientes permite a aplicação de soluções das
mais diversas frentes. Os dados extráıdos oferecem insights(clareza súbita da mente, no
intelecto de um indiv́ıduo) realmente relevantes para o planejamento do seu estabelecimento,
informando qual é o comportamento do público e quais são seus hábitos de consumo.
Dessa forma, é posśıvel abastecer com dados cruciais as mais diversas áreas do negócio,
permitindo a adaptação e otimização da estrutura para melhor receber os visitantes e,
logo, converte-los em consumidores (ANALYTICS, 2018).
O marketing, os recursos humanos, o setor comercial, a operação e a expansão
podem trabalhar em total harmonia a partir destas informações, o que resultará em retorno
financeiro mais eficiente e um ambiente muito mais elaborado para atender adequadamente
todo o fluxo de pessoas, garantindo uma excelente experiência de compra e de lazer
(ANALYTICS, 2018).
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Segundo Analytics (2018), empresa que trabalha no ramo de tráfego de consumi-
dores, tem o registro de 25 milhões de pessoas que passaram por seus sensores no ano de
2018, tendo 50 shoppping centers como clientes. A empresa afirma que dados de fluxo de
pessoas é algo que pode fazer a diferença na organização de um ramo negócios e trazer
grandes efeitos, tanto no aumento de lucro como na eficiência de planejamento.
Para bibliotecas públicas, que será o local de validação deste projeto, a intenção
primordial é proporcionar para a coordenação da biblioteca, acesso a dados relevantes
para seus planejamentos internos, tendo uma estimativa aproximada de quantas pessoas
frequentam o local por dia, além de cumprir exigência do MEC.
“Uma das exigências do MEC é que todas as bibliotecas públicas façam umrelatório anual do fluxo de usuários que circulam pelas mesmas, por peŕıodo(matutino, vespertino e noturno), diariamente. Esses dados são utilizados paraanalisar a importância que a biblioteca tem na instituição de ensino, a frequên-cia com que é utilizada e se é conveniente mantê-la em funcionamento. AUTFPR(Universidade Tecnológica Federal do Paraná) campus Medianeira enviarelatórios mensais a sua sede em Curitiba” (GRIZ; LUKACHESKI, 2013).
1.3 Trabalhos Correlatos
Alguns trabalhos já foram desenvolvidos sobre essa temática, como o trabalho
de Gonçalves (2005) que apresenta um sistema de baixo custo para estimação do fluxo
multidirecional de pedestres, em ambientes abertos e não restritivos, baseado na sequência
de imagens digitais, capturadas por uma única câmera v́ıdeo tipo WEBCAM. A câmera
é colocada na vertical do espaço a ser monitorado, e conectada a um PC através da
porta USB. A metodologia tem como base o trabalho desenvolvido por Pádua (2002) e
utiliza o algoritmo proposto em Lucas e Kanade (1981) que computa o fluxo óptico das
imagens capturadas pela câmera. Uma análise espaço-temporal desse fluxo é realizada
para determinar o fluxo multidirecional dos pedestres (GONÇALVES, 2005).
Pode-se notar pela figura 1 que Gonçalves (2005) projetou um sistema que trabalha
com processamento de imagens para realizar a contagem de fluxo, além de estimar a direção,
ao contrário do proposto neste trabalho que utiliza sensores. O trabalho de Gonçalves (2005)
realizou uma estimação de fluxo bastante eficiente com a utilização de uma WEBCAM
como dispositivo de monitoramento empregado.
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17
Figura 1 – Projeto de Contagem por Câmera
Fonte: Gonçalves (2005)
No trabalho de Griz e Lukacheski (2013), adota-se o PIC 18F4550 em seu pro-
jeto, contador digital de fluxo de pessoas; microcontrolador capaz de receber, processar,
armazenar e transmitir informações processadas pela sua CPU para um sistema externo.
No contador digital essas informações de entrada são transmitidas para o PIC através de
um sensor de barreira(linha/feixe de luz viśıvel ou não viśıvel que quanto é interrompido
provoca o acionamento) externo que emite pulsos conforme a barreira é interrompida. O
PIC por sua vez executa um programa desenvolvido em linguagem C apropriado ao caso,
compilado com o MPLAB C18. Os sinais respostas do PIC são transmitidos para o display
através do circuito da placa em que o display apenas emite o sinal de luz conforme a
resposta enviada pela porta de sáıda do Microcontrolador PIC. No display é mostrado o
valor da contagem (GRIZ; LUKACHESKI, 2013).
Atualmente, o equipamento de Griz e Lukacheski (2013) ilustrado na figura 2, tem
registrado uma média de 1000 alunos que circulam diariamente. Como o equipamento não
contabiliza as entradas e sáıdas separadamente (bidirecional), para se obter o valor real de
alunos que circularam por peŕıodo ou dia, o valor contabilizado é dividido por 2 (GRIZ;
LUKACHESKI, 2013).
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Figura 2 – Projeto com utilização do microcontrolador PIC
Fonte: Griz e Lukacheski (2013)
O trabalho desenvolvido por Junior (2016) apresenta a construção de um protótipo
com o kit de desenvolvimento LaunchPad MSP430 da Texas Instruments, figura 3, para
contar o número de véıculos em um cruzamento entre duas vias no trânsito urbano. O
protótipo inclui um circuito que utiliza um sensor indutivo para a detecção dos véıculos
e um programa (para coleta, processamento e apresentação dos dados) desenvolvido em
um sistema embarcado. A visualização dos dados utiliza a tela do computador do usuário
através da comunicação via USB com o sistema embarcado (JUNIOR, 2016).
Figura 3 – Projeto com utilização do Kit LaunchPad MSP430
Fonte: Junior (2016)
No trabalho apresentado por Cintron, Courtier e DeLooper (2017), conforme
figura 4, a biblioteca da The Hudson County Community College (HCCC), Faculdade
Comunitária do Condado de Hudson, localizada no estado de Nova Jersey nos EUA,
desenvolveu e testou um sistema de contagem de pessoas baseados em Raspberry Pi
(Publicado no Jornal Code 4 Lib). Os sensores utilizados foram, PIR, Ultrassônico e LDR
com aplicação de laser sobre. O projeto não realizava a avaliação se uma pessoa estava
entrando ou saindo da biblioteca. O custo desse projeto ficou elevado, pois foi utilizado três
Raspberry ao mesmo tempo, cada um com um tipo de sensor, no final do dia a contagem
registrada era dividida por dois e assim obtendo o aproximado número de pessoas que
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frequentaram o estabelecimento no dia, o sensor que ficasse com o maior número era
considerado o melhor para o caso.
Figura 4 – Projeto com utilização do Raspberry Pi
Fonte: Cintron, Courtier e DeLooper (2017)
1.4 Organização do Trabalho
Este trabalho se encontra com uma estrutura formada por quatro caṕıtulos. No
caṕıtulo 1 é apresentado a introdução, onde contempla-se uma breve abordagem da
problemática envolvendo registradores de fluxo de pessoas. Apresentação do objetivo geral
do projeto em forma resumida e direta. São apresentados os projetos espećıficos pontuando
com mais detalhes o projeto desde a aplicação e funcionamento. Também apresenta a
justificativa pautada em citações de empresas do ramo e autores de trabalhos acadêmicos.
Além, de apresentações de trabalhos correlatos a ńıvel nacional e internacional.
No caṕıtulo 2 apresenta-se uma base teórica que contempla o hardware, incluindo
os sensores a serem utilizados, como seus prinćıpios de funcionamento e especificações
técnicas. Passando por uma abordagem da parte de software envolvida, apresentando a
linguagem de programação, os frameworks envolvidos e o banco de dado utilizado. Os
esquemas eletrônicos dos protótipos são demostrados em forma ilustrativa seguido das
devidas explicações. Tem-se a demonstração do funcionamento do sistema como um todo
em diagrama de caso de uso. O local de validação escolhido é apresentado, envolvendo
imagens e os argumentos textuais pertinentes.
No caṕıtulo 3 apresenta - se todos os esquemas eletrônicos do projeto proposto, os
resultados de como ficou o projeto na prática, assim como o local da instalação. Também
tem-se os resultados referentes ao sistema desktop de usuário final, com suas interfaces e
geração de gráficos e os resultados que comparam os sensores abordados.
Já o caṕıtulo 4, na conclusão, é descrito os desafios que foram enfrentados e
discutindo sobre o par de sensores com melhor resultado.
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20
2 METODOLOGIA
Neste caṕıtulo será apresentado a metodologia aplicada para desenvolvimento
deste trabalho. Será abordado a parte de desenvolvimento do hardware, expondo os sensores
que foram utilizados para desenvolvimento do projeto, a placa controladora e todos os
dispositivos eletrônicos necessários. Também será apresentada a parte de desenvolvimento
do software, como as tecnologias empregadas, a linguagem de programação escolhida, os
frameworks, o banco de dados e outros.
2.1 Hardware
2.1.1 Plataforma de Computação Embarcada
2.1.1.1 BlackBoard UNO R3
A BlackBoard UNO R3, figura 5, é uma placa Arduino UNO similar, fabricada
pela RoboCore, projetada para ser um avanço das suas versões anteriores na categoria
básica, além de implementações e melhorias feitas pelos engenheiros da Robocore Brasil.
Ela possui acesso direto ao ATmega328 via conector para o chip FTDI(Future Technology
Devices International) ao lado do conector USB, ou seja, se por algum motivo o FTDI
parar de funcionar a placa não precisa ser descartada como ocorreria na placa UNO italiana,
assim permitindo a gravação na mesma placa externamente (ROBOCORE, 2018).
Figura 5 – Placa BlackBoard UNO R3 da Robocore Brasil
Fonte: Robocore (2018)
Outra implementação que trás benef́ıcios é a adição de um chip FTDI para realizar
a conversão do sinal do computador para o ATmega328. Este chip é mais robusto e confiável
que o microcontrolador usado na conversão de sinais usado na placa Arduino UNO. Esta
alteração acaba com os problemas de compatibilidade de driver da placa com os diversos
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21
sistemas operacionais. Além disso, também possui alteração na localização dos LEDs de
comunicação (Tx - Transmissor x e Rx - Receptor x) que agora estão no canto da placa,
próximos ao botão de reset, para que seja posśıvel verificar com mais facilidade se existe
uma comunicação serial quando um shield é colocado sobre a placa (ROBOCORE, 2018).
A seguir temos as especificações técnicas obtidas em Robocore (2018).
• Dimensões: 68 x 53 x 10 mm
• Microcontrolador: ATmega328P
– Memória flash: 32 KB (dos quais 0,5 KB são usados pelo bootloader)
– Memória SRAM: 2 KB
– Memória EEPROM: 1 KB
– Frequência de clock: 16 MHz
– Protocolos de comunicação:
∗ UART(acrônimo de Universal Asynchrounous Receiver/Transmiter ou Re-ceptor/Transmissor Universal Asśıncrono)
∗ SPI(periférico de interface serial)∗ TWI(Two-Wire Interface) - (I2C - Inter-Integrated Circuit)
• Temperatura de operação: 10oC a 60oC
• Tensão de operação: 5 V
• Tensão de alimentação: 7 a 12 V (recomendada)
• 20 pinos de entrada/sáıda (I/O) digitais, dentre os quais:
– 6 entradas analógicas (A0 a A5)
– 6 sáıdas PWM (D3, D5, D6, D9, D10 e D11)
• Corrente máxima por pino I/O: 40 mA
• Corrente máxima no pino de 3,3 V: 200 mA
• Compat́ıvel com todos os shields feitos para Arduino UNO R3 (e versões anteriores)existentes
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22
2.1.2 Sensores
2.1.2.1 Sensor de Presença/Movimento PIR
Um tipo de sensor utilizado no projeto é o sensor de presença/movimento PIR,
a sigla significa Passive Infrared Radiation, ou seja, sensor de radiação infravermelho. É
um sensor capaz de detectar a radiação infravermelho emitida por objetos. Ser passivo,
deve-se ao fato de não emitir algo para o meio, para realização de sua tarefa. Diante dessas
caracteŕısticas foi utilizado com a finalidade de detectar a passagem de uma pessoa a sua
frente. Na figura 6 temos algumas caracteŕısticas de funcionamento do PIR adotado.
Figura 6 – Funcionamento de um sensor PIR
Fonte: Keenan (2018)
O Sensor de Movimento PIR DYP-ME003, figura 7, consegue detectar o movimento
de objetos que estejam em uma área de até 7 metros. Caso algo ou alguém se movimente
nesta área o pino de alarme é ativado. É posśıvel ajustar a duração do tempo de espera
para estabilização do PIR através do potenciômetro amarelo em baixo do sensor, bem
como sua sensibilidade. A estabilização pode variar entre 5 à 200 segundos (FILIPEFLOP,
2018).
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23
Figura 7 – Sensor PIR DYP-ME003 utilizado neste projeto
Fonte: FilipeFlop (2018)
Especificações Técnicas fornecidas:
• Modelo: DYP-ME003
• Sensor Infravermelho com controle na placa
• Sensibilidade e tempo ajustável
• Tensão de Operação: 4,5-20V
• Tensão Dados: 3,3V (Alto) – 0V (Baixo)
• Distância detectável: 3-7m (Ajustável)
• Tempo de Delay: 5-200seg (Default: 5seg)
• Tempo de Bloqueio: 2,5seg (Default)
• Trigger: (L)-Não Repet́ıvel (H)-Repet́ıvel (Default: H)
• Temperatura de Trabalho: -20 +80 graus Celsius
• Dimensões: 3,2 x 2,4 x 1,8cm
• Peso: 7g
2.1.2.2 Sensor de Obstáculo Infravermelho IR
O segundo sensor, figura 8, adotado neste projeto, é o sensor de obstáculo in-
fravermelho IR E18-D80NK, do tipo ativo. O modelo escolhido possui LED receptor e
emissor no mesmo conjunto. Ser ativo significa que o sensor interage com o ambiente para
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24
realizar a detecção. A adoção desse modelo em especifico, o E18-D80NK, se deve aos seus
impressionantes 80cm de distância de detecção, em se tratando de um sensor infravermelho
do tipo ativo.
Figura 8 – Sensor Infravermelho utilizado neste projeto
Fonte: FilipeFlop (2018)
Em seu funcionamento, figura 9, quando algum obstáculo é colocado em frente ao
sensor, o sinal infravermelho é refletido para o receptor. Quando isso acontece, o pino de
sáıda OUT é colocado em ńıvel baixo (0), e o led indicador vermelho que fica na parte
traseira é aceso, indicando que algum obstáculo foi detectado (FILIPEFLOP, 2018).
Figura 9 – Funcionamento básico de um sensor IR
Fonte: Forino (2016)
Especificações:
• Tensão de operação: 5V DC
• Emissor e receptor IR no mesmo conjunto
• Distância de detecção: 3 à 80 cm
• Potenciômetro para ajuste da distância
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2.1.2.3 Sensor Ultrassônico
O terceiro sensor selecionado é o sensor Ultrassônico, que é muito utilizado na
medição de distância, mas também adotado na detecção de obstáculos. Este sensor é do
tipo ativo, interage com o ambiente enviando ondas ultrassônicas e recebendo a reflexão
das mesmas ao colidir com algum obstáculo, conforme figura 10. Tudo dentro de um ajuste
pré-definido.
Figura 10 – Funcionamento básico de um sensor ultrassônico
Fonte: Psomopoulos (2016)
Especificações:
• Alimentação: 5V DC
• Corrente de Operação: 2mA
• Ângulo de efeito: 15 graus
• Alcance.: 2cm à 4m
• Precisão.: 3mm
O modelo adotado se encontra na figura 11, a seguir.
Figura 11 – Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04 utilizado neste projeto
Fonte: FilipeFlop (2018)
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2.1.2.4 Módulo RTC
Na figura 12 tem-se o módulo RTC (conhecido também por Real time clock
ou relógio de tempo real) sendo baseado no chip DS1307 projetado especialmente para
contagem de tempo e suporta o protocolo I2C(Inter-Integrated Circuit) usado para conectar
dispositivos de baixa velocidade, a sistemas embarcados por exemplo. Ele usa uma bateria
de ĺıtio(modelo CR2032). O seu relógio/calendário fornece segundos, minutos, horas, dia,
mês e ano. O fim do mês é ajustado automaticamente para os meses com menos de 31
dias, incluindo correções para ano bissexto. O relógio opera no formato 24 ou 12 horas
com indicador de AM/PM (CASADAROBOTICA.COM, 2018).
Figura 12 – Módulo RTC DS1307
Fonte: casadarobotica.com (2018)
A utilização do RTC neste projeto permitiu obter a data e hora dos acionamentos
sensoriais. A partir dessas informações, a placa repassa os dados para o módulo buetooth
que encaminha para o servidor de banco de dados que se encontra instalado no computador
da coordenação da biblioteca universitária. Se o sistema embarcado sofrer ausência de
energia elétrica para alimenta-lo, não ocorre atrasos na data e hora, pois a bateria do
módulo entra em ação garantindo sempre hora e data certa.
2.1.2.5 Módulo Bluetooth
O módulo bluetooth HC-05 oferece uma forma fácil e barata de comunicação com
qualquer projeto feito com um Arduino ou similares embarcados. Em sua placa existe
um regulador de tensão e este pode ser alimentado com tensões entre 3.3 a 5V. Antes
da comunicação com o módulo, há a necessidade de pareá-lo com o dispositivo o qual
deseja-se conectar. Um LED indicará se o módulo está pareado com outro dispositivo. O
módulo usado neste projeto possui um alcance de até 10 metros, sendo assim é posśıvel
que um usuário monitore sensoriamentos que estejam no raio de cobertura (OLIVEIRA;
SANTOS; RODRIGUES, 2014).
Na figura 13 tem-se o HC-05. Em seu datasheet recomenda-se ńıvel lógico de 3.3V
no pino TXD, mas as placas baseadas em arduino como a blackboard trabalham com ńıvel
lógico de 5V, para contornar tal problema adotou-se um divisor de tensão, alcançando
assim o ńıvel lógico desejado.
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Figura 13 – Módulo Bluetooh HC-05
Fonte: Oliveira, Santos e Rodrigues (2014)
2.2 Software
A seguir será abordado algumas tecnologias adotadas para desenvolvimento do
software do usuário final que compõe este projeto. Tais como, linguagem Python, framework
PyQT5, framework Pandas, banco de dados MySQL entre outras.
2.2.1 Linguagem Python
Python é uma linguagem extremamente poderosa, e o interesse por ela tem
aumentado muito nos últimos anos. A linguagem inclui diversas estruturas de alto ńıvel
(listas, dicionários, data/hora, números complexos e outras) e uma vasta coleção de
módulos prontos para uso, além de frameworks de terceiros que podem ser adicionados.
Também inclui recursos encontrados em outras linguagens modernas, tais como geradores,
introspecção, persistência, meta classes e unidades de teste. Multiparadigma, a linguagem
suporta programações modular e funcional, e orientação a objetos (BORGES, 2014).
Diante de todas essas caracteŕıstica, a linguagem Python foi escolhida, principal-
mente por possuir dois excelentes frameworks, o Pandas e o PyQT5. Frameworks estes
que foram bastante usados no desenvolvimento do software para usuário final, onde tem-se
recursos, métodos e estruturas de dados bastante usadas no projeto, facilitando a plotagem
gráficas e construção de interfaces gráficas.
2.2.2 Framework PyQt5 e PyQt5 Designer
O Qt é um conjunto de bibliotecas C ++ de plataforma cruzada que implementam
API’s de alto ńıvel para acessar muitos aspectos dos sistemas modernos de desktop e móveis.
Isso inclui serviços de localização e posicionamento, conectividade multimı́dia, NFC(Near
Field Communication) e Bluetooth, um navegador da Web baseado no Chromium, bem
como o desenvolvimento tradicional da interface do usuário (PYQT5, 2018).
O PyQt5 é um conjunto abrangente de ligações do Python para o Qt versão 5.
Ele é implementado com mais de 35 módulos de extensão e permite que o Python seja
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28
usado como uma linguagem alternativa de desenvolvimento de aplicativos para o C ++
em todas as plataformas suportadas, incluindo iOS e Android (PYQT5, 2018).
PyQt é um framework bastante robusto voltado para desenvolvimento de aplicações
modelo desktop, com uma vasta disponibilização de componentes gráficos que levaram ele
a ser escolhido e adotado neste projeto; fato que contribui bastante para a redução da
probabilidade por falta de algum componente gráfico espećıfico que venha ser usado.
Também foi adotado o software PyQt5 Designer, conforme figura 14, com a
finalidade de ajudar na construção das interfaces gráficas. Ele foi desenvolvido com foco
de ser posśıvel desenhar uma GUI sem a necessidade de digitar código, tendo uma noção
imediata de como ficaria as janelas. Após tudo pronto, é posśıvel dar comando pelo terminal,
gerando todo o código Python em modelo classe.
Ressalta-se que o PyQT5 é um projeto herdado do original QT5 Open Source
para uso em C++.
Figura 14 – Sofware PyQt5 Designer
Fonte: ssj6 (2018)
2.2.3 Framework Pandas
Pandas é uma biblioteca open source, licenciada pelo BSD(Berkeley Software Dis-
tribution) que fornece estruturas de dados de alto desempenho, fáceis de usar e ferramentas
de análise de dados para a linguagem de programação Python (PANDAS.ORG, 2018).
A estrutura de dados do Pandas mais utilizada neste projeto foi a DataFrame,
que facilitou a extração de informações do banco de dados para plotagem de gráficos com
posterior uso do framework Matplotlib.
Pandas DataFrame é uma estrutura de dados rotulados em 2-D com colunas de
tipo potencialmente diferentes. Não é mais do que uma representação na memória RAM
de uma planilha do excel através da linguagem de programação Python (DASKSH, 2018).
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2.2.4 Framework Matplotlib
O Matplotlib é uma biblioteca de plotagem de gráficos planos 2D em Python com
qualidade de publicação cient́ıfica em uma enorme variedade de formatos. O Matplotlib
pode ser usado em scripts Python, nos shells do Python e do IPython, no Jupyter notebook,
nos servidores de aplicativos da Web e em quatro kits de ferramentas de interface gráfica
do usuário (MATPLOTLIB.ORG, 2018).
Foi um dos frameworks mais usados na construção do software para usuário final,
possibilitando gerar histogramas que demonstram o comportamento dos acionamentos
dos sensores e também a geração de gráficos de barra para demonstrar a quantidade de
acionamentos diários.
2.2.5 Banco de Dados MySQL
O MySQL é um banco de dados relacional que utiliza o SQL como forma de
acessar e manipular dados armazenados. O MySQL é um sistema de banco de dados
robusto SQL, rápido, multi-tarefa, multi-usuário. O MySQL pode ser utilizado embutido
em um programa de uso em massa, com alta carga e missão cŕıtica. Este SGBD(Sistema
de Gerenciamento de Banco de Dados) pode ser usado para vários fins, como: uma simples
lista de compras, uma galeria de imagens ou uma grande quantidade de dados de uma
rede corporativa (CAMARGO, 2005).
Figura 15 – Caracteŕısticas do MySQL
Fonte: Carvalho (ano desconhecido)
Como pode-se observar na figura 15, o MySQL possui inúmeras caracteŕıstica
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vantajosas, fazendo-o ser o Banco de Dados escolhido para o projeto. As funções para
gravação de dados de hora e data automático no banco em cada inserção, foi de grande
contribuição. Os drivers para conexão do MySQL e o uso dos métodos, no Python, se
mostraram de facilidade média na implementação.
2.3 Esquemas Eletrônicos do Protótipo
Nesta seção serão apresentados os esquemas eletrônicos que foram implantados
com uso dos devidos sensores, ultrassônico, infravermelho e PIR, já apresentados em seções
anteriores. Todas as informações de acionamento do sensor serão gravadas no banco de
dados MySQL através de comunicação Bluetooth. Esse foi escolhido devido a distância
entre o Sistema Embarcado e o computador com servidor de banco de dados rodando,
estarem dentro dos limites de cobertura do sinal e também por apresentar uma melhor
flexibilidade na implantação.
Na figura 16 tem-se o esquema eletrônico com uso do sensor de presença PIR.
Pode-se perceber a adoção de um par de sensor IR, proporcionando assim identificar se
uma pessoa está saindo ou entrando no ambiente, isto é, fluxo bidirecional.
Ainda na figura 16, nota-se que os dois sensores foram alimentados com a sáıda de
5V da BlackBoard na forma compartilhada, os pinos de sinal estão conectados nas entradas
digitais 4 e 5. Observa-se também dois módulos, um com papel de relógio e calendário, o
RTC DS1307 responsável por informar a hora e o dia do acionamento dos sensores, e o
módulo Bluetooth HC-05 responsável por realizar o envio das informações ao servidor de
banco de dados. Percebe-se que o HC-05 é alimentado com 5V, porém seu pino receptor
necessita apenas de 3,3V para funcionar, como a BlackBoard trabalha com ńıvel lógico de
5V foi necessário a adoção de um divisor de tensão para alcançar-se o recomendado pelo
fabricante.
Figura 16 – Esquema para sensor PIR
Fonte: Autor
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31
Na figura 17 tem-se o esquema eletrônico com uso do sensor de obstáculo IR,
também conhecido como sensor ativo de radiação infravermelha. Este sensor também
possui três pinos, um para alimentação, um para GND e outro para o sinal. Neste caso
também foi adotado pares de sensor; as conexões ficaram: pinos de sinal nas entradas
digitais 4 e 5, e ambos alimentados com 5V. Os módulos RTC e HC-05 seguem as mesmas
ligações do protótipo anterior que utiliza sensor PIR.
Figura 17 – Esquema para sensor IR
Fonte: Autor
Na figura 18, o uso de pares de sensores do tipo Ultrassônico que são bastante
usados para detecção de distância, ou seja, é um sensor que pode trabalhar na forma
analógica, informando em qual distância se encontra um objeto. Mas para finalidade de
contagem de fluxo de pessoas, será tratado na forma digital. Então a ligação ficou: pino de
alimentação do sensor conectado a alimentação de 5V da BlackBoard, o pino TRIGGER
do sensor que é o responsável pela emissão de onda sonora para o meio, foi conectado a
uma entrada digital e o pino TRIGGER trabalhará constantemente em sinal alto (1). O
pino ECHO do sensor, responsável pela informação de recebimento da reflexão da onda,
caso ela incida em algum objeto; trabalhará em sinal baixo (0), em condição de espera, e
estando também conectados a entradas digitais da placa controladora.
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32
Figura 18 – Esquema para sensor Ultrassônico
Fonte: Autor
2.4 Funcionamento Geral do Sistema
Em conceito de Engenharia de Software, o diagrama de caso de uso possui uma
descrição que mostra como o sistema e o ator vão interagir através de fluxos. O fluxo
principal descreve as interações normais (sem erros) entre o ator e o sistema. Tais diagramas
são usados para demonstrar as funcionalidades que o sistema a ser criado irá prover. Ele
também revela a forma como atores (pessoa ou outro sistema) interagem com o sistema
proposto. Casos de uso ajudam designers a ganhar uma visão coerente do produto (GOMES;
WANDERLEY, 2003).
Analisando o Diagrama de Caso de Uso do projeto proposto, figura 19, tem-se a
participação de dois atores, um que se chamou de pessoa, por ser o objeto que irá provocar
o acionamento dos sensores, um segundo que é o servidor/funcionário da biblioteca, que
será o participante do ambiente de validação do projeto.
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33
Figura 19 – Diagrama de Caso de Uso do sistema de registro de fluxo
Fonte: Autor
Temos o sistema dividido em duas partes, Sistema Embarcado e Software desktop
para usuário final. Na parte do Sistema Embarcado, uma pessoa provoca o acionamento
dos pares de sensores, em seguida a placa controladora trata esses dados e executa a função
de gravação no banco de dados MySQL. Na parte de software, um funcionário da biblioteca
poderá acessar um sistema desktop feito em Python, instalado no computador do balcão
de atendimento. Através do sistema desktop, o funcionário poderá escolher entre visualizar
os dados de acionamento ou gerar gráficos.
Tanto o equipamento hardware, como o sistema desktop, acessam o mesmo servidor
de Banco de Dados, o MySQL. Isso é uma forma usada para se concentrar os dados em
um único local.
Na figura 20, tem-se dois modelos propostos. O modelo 2 foi proposto inicialmente,
mas se limita em não ser posśıvel avaliar se uma pessoa está entrando ou saindo do
estabelecimento, com este modelo podeŕıamos apenas ter a noção aproximada de quantas
pessoas frequentam, para isso o número total deveria ser divido por 2, já que uma pessoa
que entra irá sair, pois a biblioteca, local proposto para validação, possui apenas uma
porta, que é usada tanto para entrar como para sair, então o modelo dois foi descartado.
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Figura 20 – Modelos propostos de configuração estratégica sensorial para registro de fluxo
Fonte: Autor
No modelo 1 foi adotado devido a lógica de funcionamento apresentar-se pertinente
ao projeto. A adoção de pares de sensor possibilita identificar se a pessoa está saindo ou
entrando. Por exemplo, se o sensor 1 for acionado primeiro e o sensor 2 após, temos uma
entrada; agora se o sensor 2 for acionado primeiro e sensor 1 após, temos uma sáıda. Dessa
forma, tem-se uma lógica que consegue permitir obter uma informação mais relevante ao
projeto.
2.5 Validação
O local de implantação e validação deste trabalho foi na Biblioteca Universitária
do Campus II da UNIFESSPA, conforme pode-se observar na figura 21. Atualmente ela
não possui um sistema de Registro de Fluxo de pessoas.
Consultou-se a coordenação da biblioteca sobre a possibilidade de um sistema de
registro de fluxo de pessoas, a partir disso, teve-se uma resposta positiva. Há na biblioteca
a necessidade de planejamentos internos, como por exemplo, foco em melhor atendimento
em horários de pico.
Figura 21 – Visão interna da biblioteca, vista por quem esta entrando
Fonte: Autor
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35
A escolha da biblioteca do campus II da UNIFESSPA, trouxe a possibilidade
de uma coleta de dados realmente significativa, já que é um local bastante frequentado
pelos universitários da UNIFESSPA. A expectativa é que que se obtenha um número de
acionamentos relativamente alto, sendo posśıvel observar o comportamento do Sistema
Embarcado de forma geral, até mesmo de seu software desktop, com suas funções de
visualização e geração de gráficos.
Este cenário contribui com a possibilidade de testar os sensores propostos, PIR,
IR e ultrassônico em um ambiente real, onde se quer ter uma noção do fluxo de pessoas. A
partir disso, será avaliado, o conjunto de par de sensores e embarcados, por desempenho de
tempo do sensor no sistema, no caso, intervalo entre acionamento e volta ao estado inicial
de espera. O sensor que obteve em média o menor intervalo de tempo, foi considerado o
mais rápido.
Cada tipo de sensor foi submetido ao ambiente de validação por uma semana,
totalizando três semanas para todos os protótipos, considerando apenas dias úteis. Através
dos dados de entrada e sáıda, também é posśıvel realizar cálculos em relação as diferenças
de entradas e sáıdas que vem a ser registradas por cada protótipo, diante do tipo da
aplicação empregada, que é fluxo de pessoas. No caṕıtulo de resultados será abordado com
maior clareza as informações de desempenho e diferenças nos dados de entrada e sáıda.
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36
3 RESULTADOS
3.1 Resultados do Hardware
3.1.1 Sistema Embarcado com Par de Sensores PIR
Na figura 22 tem-se o protótipo do Sistema Embarcado desenvolvido neste trabalho,
utilizando o sensor PIR. A comunicação com o banco de dados foi realizada por conexão
bluetooth proporcionada pelo módulo HC-05. O módulo RTC é responsável pela data e
hora de acionamento. Em cada novo acionamento que surge, o sistema envia e grava no
banco de dados presente no computador do coordenador da biblioteca.
Figura 22 – Sistema Embarcado com Par de Sensores PIR
Fonte: Autor
Os testes de acionamento com sensor PIR foram realizados no local de validação,
a biblioteca universitária do campus II da UNIFESSPA, durante uma semana, somente em
dias úteis, no caso de segunda-feira à sexta-feira, mais especificamente nos dias, 13/05/2019,
14/05/2019, 16/05/2019 e 17/05/2019.
Ao passar uma pessoa na frente do par de sensores, o PIR envia um sinal alto
para a placa controladora BlackBoard, que então trata essa informação de acordo com a
programação do firmware, dando destino ao banco de dados, onde armazena-se em uma
tabela. Na tabela do banco de dados MySQL encontra-se campos destinado a data, hora
e o tipo de acionamento(entrada ou sáıda), e um campo privado contendo o tempo de
desempenho do sensor, que é o intervalo de tempo entre o sensor ser ativado e voltar ao
estado de espera para um novo acionamento, este campo é destinado apenas a usuários
avançados, e seu objetivo final é apenas para obter uma média do tempo, podendo comparar
com os outros sensores, mostrando qual foi o melhor.
Quando a BlackBoard recebe o sinal de que o sensor foi acionado, ou seja, que o
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37
sinal é alto, ela identifica se o acionamento foi de entrada ou sáıda, após isso o módulo
RTC é consultado para saber o horário e data, em seguida as informações são repassadas
ao módulo bluetooth que envia para o computador que contém o servidor de banco de
dados MySQL.
Na figura 23 observa-se a vista de entrada da biblioteca, no caso seu corredor.
Como pode-se notar, ao lado esquerdo, tem-se instalado o hardware contendo o par de PIR.
Menciona-se que existe apenas este local para acesso a biblioteca, garantindo entradas e
sáıdas de pessoas neste corredor. Isso foi importante na coleta de dados de sensoriamento
que mensuram o fluxo de pessoas e os parâmetros pesquisados neste trabalho.
Figura 23 – Vista do local onde foi instalado o sistema embarcado contendo sensor PIR
Fonte: Autor
3.1.2 Sistema Embarcado com Par de Sensores Ultrassônicos
Na figura 24 temos o sistema embarcado que adotou pares de sensores ultrassônicos
para registro de fluxo de pessoas. Pode-se observar que este tipo de sensor trabalha com
quatro pinos, como foi mencionado no caṕıtulo anterior. Os módulos RTC e HC-05
estiveram presentes novamente, com a mesma finalidade do sistema embarcado anterior.
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38
Figura 24 – Sistema Embarcado com sensores Ultrassônicos
Fonte: Autor
A lógica para detectar se uma pessoa passou na frente do par de sensores ultras-
sônico é diferente dos demais. Este sensor é mais usado em medições de distância e se
aproveitando dessa caracteŕıstica foi posśıvel detectar a passagem de uma pessoa. Ao iniciar
o sistema embarcado pela primeira vez, automaticamente realiza-se uma calibração, nesse
caso ele vai fornecer a largura do corredor da biblioteca, então esse valor é armazenado
para comparações futuras. De posse desse valor, toda vez que os pares de sensor detectarem
uma distância menor que a do corredor, uma pessoa passou, sendo assim, essa informação
é interpretada pelo sistema embarcado como acionamento.
Em relação a avaliação, se a passagem for de entrada ou sáıda, a lógica continua a
mesma. Se o sensor 1 for acionado primeiro que o sensor 2 é entrada, sensor 2 acionado
primeiro que o sensor 1 é sáıda. Na Figura 25 tem-se a vista da instalação do sistema
embarcado que adotou o sensor Ultrassônico como registrador de fluxo. A obtenção de
data e hora continua a mesma com o módulo RTC e a comunicação bluetooth também
com o módulo HC-05.
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Figura 25 – Vista da instalação do sistema embarcado contendo sensor Ultrassônico
Fonte: Autor
3.1.3 Sistema Embarcado com Par de Sensores IR
Na figura 26 tem-se o sistem embarcado em que adota-se pares de sensores IR
para registro de fluxo de pessoas. Como pode-se notar a única coisa que muda em relação
ao sistema que adotou o PIR é o uso de um novo tipo de sensor. Dispositivos como módulo
RTC e HC-05 continuam o mesmo.
O sensor IR tem uma peculiaridade diferenciada em relação ao PIR. O IR adota
ńıvel lógico baixo quando acionado. Já o PIR como mencionado anteriormente, adota ńıvel
lógico alto quando acionado.
Figura 26 – Visão interna do embarcado que adotou o sensor IR
Fonte: Autor
Na figura 27 tem-se a visão de como e onde foi instalado o modelo contendo IR.
Sendo o local o mesmo dos demais testados. A forma da instalação se mantém a mesma.
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Ainda na figura observa-se, fixado a parede com alimentação de uma fonte que foi ligada a
uma extensão elétrica.
Figura 27 – Vista da instalação do sistema embarcado contendo sensor IR
Fonte: Autor
Na figura 28, pode-se observar do lado direito a fixação de um anteparo preto, que
foi utilizado com finalidade de se contornar uma problemática envolvendo a reflexão do
infravermelho, promovendo acionamento falso do sensor IR.
Figura 28 – Anteparo preto, resolvendo a problemática de reflexão do infravermelho
Fonte: Autor
3.2 Resultados do Software pra Usuário Final
Na figura 29 ilustra-se a versão 1.0 do sistema desktop para o usuário final. Nota-se
que é uma interface feita com o framework PyQt5. As funções foram organizadas em
menus; tem-se a opção Dados dos Sensores, que se leva a primeira função de Visualizar
Acionamentos do Sensor. Em seguida encontra-se a opção Gerar Gráfico de Acionamentos,
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41
dentro tem-se a geração de gráficos dividida em, Por Peŕıodo de Datas e Por Horários de
um Dia. O sistema foi “batizado” com o nome de 2S, que significa Sistema de Sensores.
Antes de chegar a versão atual, passou-se por versões betas desenvolvidas. O software foi
avaliado de forma positiva pelos servidores da biblioteca, a versão final é apresentada na
figura 29.
Figura 29 – Janela principal do software de usuário final
Fonte: Autor
Na figura 30 tem-se a janela responsável por apresentar ao usuário os dados
referentes aos acionamentos do sensor. Nela encontra-se o componente gráfico do tipo
tabela, que é responsável por carregar a tabela do banco de dados. Nota-se as colunas
de ID, que é o identificador importante na realização de relacionamentos entre entidades
em ńıvel de banco de dados SQL; a segunda coluna informa o horário que o acionamento
ocorreu; a terceira informa a data e a quarta e última coluna informa o tipo de movimento.
Pode-se notar que o sistema informa se o movimento é de entrada ou sáıda. A janela
também conta com um botão na parte inferior para atualizações dos dados, ou seja, ao ser
pressionado, recarrega a tabela, mostrando dados novos, caso tenha.
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Figura 30 – Janela de visualização de registros, do software de usuário final
Fonte: Autor
A terceira janela se encontra na figura 31, nela o usuário poderá configurar um
peŕıodo de datas para geração de gráfico do tipo barra. No intuito de facilitar ao usuário,
optou-se por usar os componentes gráficos destinados a datas, do tipo calendário, ao invés
de campos para digitação de texto. O usuário configura as datas e clica em gerar gráficos,
caso ele insira um peŕıodo que não possui registro de acionamentos, o sistema informa um
alerta e o usuário deverá tentar novamente.
Figura 31 – Janela para gerar gráficos, por peŕıodo de dias
Fonte: Autor
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Na figura 32 tem-se a geração do gráfico de barras para peŕıodo de dias. Tal
funcionalidade foi posśıvel com adoção do Framework Matplotlib. Pode-se notar as datas no
eixo da abcissas e a quantidade de acionamentos no eixo das ordenadas. Na parte superior,
há alguns botões essenciais, onde o usuário poderá salvar em formato de imagem o gráfico
gerado.
Figura 32 – Gráfico gerado por peŕıodo de dias
Fonte: Autor
Os dados apresentados na figura 32 são referentes as três semanas de testes que o
sistema embarcado ficou operando, a cada semana um tipo de sensor foi testado. Dessa
forma, tem-se treze dias úteis de testes. Nota-se que na mesma janela é apresentado
ao usuário final tanto o gráfico de sáıda como o de entrada, o que facilita em eventual
comparação entre os fluxos de entradas e sáıdas registrados. As barras do intervalo do dia
29/04/19 ao 03/05/19 excluindo o dia 01/05/19 feriado do dia do trabalho, foram do par
de sensores Ultrassônicos. As barras do intervalo 13/05/19 ao 17/05/19 excluindo-se o dia
15/05/19 refere-se ao dia em que a biblioteca não funcionou, foram os dias de testes do
par de sensores PIR. E as barras do intervalo 20/05/19 ao 24/05/2019 se testou o par de
sensores IR.
Na figura 33 observa-se a janela responsável por gerar gráficos por horários de
um dia. Nela o usuário configura uma data espećıfica e clica no botão gerar gráficos. Em
seguida será exibido gráficos por horários de um dia, o que dará ao usuário a possibilidade
de observar horários de maior e menor registro de fluxo de pessoas. Caso insira uma data
que não há acionamentos registrados, o sistema informa uma alerta e o usuário deverá
inserir uma nova data.
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Figura 33 – Janela para gerar gráficos, por horários de um dia
Fonte: Autor
Na figura 34 encontra-se os gráficos gerados por horários de um dia. Os horários
são informados no eixo das abcissas, e no eixo das ordenadas são informados as quantidades
de acionamentos em um certo intervalo de tempo. O dia escolhido para gerar esses gráficos
foi o dia 20/05/19. Neste caso, os gráficos são um histograma, que leva em consideração
frequências por intervalos. Também é posśıvel salvar o gráfico em algum formato de imagem
com uso dos botões que se encontram na parte superior da janela.
Figura 34 – Gráfico gerado por horários de um dia
Fonte: Autor
Fazendo uma análise do gráfico, pode-se notar que horários de maior registro são
os referentes a abertura da biblioteca, chegada e sáıda para almoço e final da tarde.
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É importante ressaltar que este trabalho não realiza uma pesquisa de como a
biblioteca é frequentada, mas fornece uma ferramenta para que a coordenação da biblioteca
possa tirar suas próprias conclusões diante dos dados apresentados.
Tendo-se como objetivo uma ferramenta amigável e eficiente em seus dados,
colocou-se o sistema embarcado em testes, com diferentes sensores, no caso os propostos,
ultrassônico, infravermelho e PIR. Diante dos dados armazenados em banco de dados
deu-se a possibilidade de se analisar qual tipo de par de sensores é o mais indicado para o
caso de registro de fluxo de pessoas em um ambiente de biblioteca.
3.3 Tempo de Desempenho
O que chama-se de tempo de desempenho no trabalho abordado, é o intervalo
de tempo em que o sensor leva entre seu acionamento e sua volta ao estado de espera,
levando em consideração todo o conjunto sensor e sistema embarcado.
Quando cada acionamento ocorria, o sistema embarcado tinha a tarefa de mandar
para o banco de dados o intervalo de tempo referente ao tempo de desempenho, e o
armazenando em uma tabela. Tal dado como mencionado anteriormente estava dispońıvel
apenas ao pesquisador.
Diante da coleta do tempo de desempenho e com ele disposto em banco de dados,
foi posśıvel aplicar os conhecimentos referente a área de banco de dados do tipo SQL,
podendo-se tirar média aritmética dos valores.
No peŕıodo de testes foi registrado 7570 acionamentos, incluindo entradas e
sáıda, para todos os sensores testados.
Aplicando comando SQL(Structured Query Language, ou Linguagem de Consulta
Estruturada) direcionados ao peŕıodo de data referente a cada sensor estudado, pode-se
obter o tempo de desempenho médio do sensor. No caso do ultrassônico foi de 52,67ms.
Para o sensor PIR, o tempo de desempenho médio foi de 1839,018ms. Para o sensor IR
o tempo de desempenho médio foi de 365,939ms.
3.4 Diferença Entre Entradas e Sáıdas
Durante todos os dias de testes em que os pares de sensores Ultrassônico, PIR e
IR foram submetidos, foi posśıvel o acúmulo de uma grande base de dados. Ao analisar
especificamente os dados de entrada e sáıda, pode-se notar alguns momentos de altas e
leves discrepâncias ao se realizar a diferença entre o maior e menor valor registrado entre
entradas e sáıdas.
Dessa forma, foi pego o valor de entrada e subtráıdo por um valor de sáıda,
obedecendo a ordem dos valores, isto é, primeiro o maior valor e depois o menor. Em
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seguida comparou-se o quanto esse valor da diferença representa em relação ao maior
valor, dividindo a diferença pelo maior valor. Esse comportamento pode ser expresso pela
equação 1.
Diferença% =(MaiorV alor −MenorV alor)
MaiorV alor.100 (1)
Para o sistema contendo o par de sensores Ultrassônicos, a diferença de entradas
de sáıdas foi de 0,482 ou 48,80% em relação ao maior valor para o dia 29/04/2019. Para o
dia 30/04/2019 teve-se um valor de 63,80%. No dia 02/05/2019 teve-se 54,90%. E para o
dia 03/05/2019 obteve-se um valor de 42,70%. Na figura 35, tem-se a construção de um
gráfico onde pode-se visualizar melhor os dados calculados.
Figura 35 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado contendosensor Ultrassônico
Fonte: Autor
Pode-se notar grandes oscilações nas diferenças de entradas e sáıdas registadas no
peŕıodo de testes do sistema embarcado contendo sensor ultrassônico. Em alguns momentos
chegou atingir valores considerados bastante altos como de 63,80%. Também a linha do
gráfico ficou bem afastada em relação a origem, o que demostra diferenças altas entre
entradas e sáıdas.
O alto percentual em relação a diferença de entrada e sáıda, foi devido as ondas
ultrassônicas serem absorvidas por alguns tipos de tecidos, ou seja, dependendo da roupa
da pessoa que passasse, poderia não haver o acionamento do sensor. Isso demostrou que o
sensor ultrassônico não é indicado para o caso.
Os cálculos realizados para o sistema que adotou sensor PIR, tem-se dia 13/05/2019
com 3,60%, para o dia 14/05/2019 foi de 7,30%, para o dia 16/05/2019 tem-se 3,20% e
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para o dia 17/05/2019 tem-se o valor de 0,90%. A figura 36 exibe os valores obtidos com
sensor PIR.
Figura 36 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado contendosensor PIR
Fonte: Autor
No caso do sensor PIR, tem-se um comportamento com as diferenças se apre-
sentando mais baixas. O gráfico se aproxima bastante de uma linha reta, com suaves
oscilações, e bastante próxima da origem cartesiana. Mostrando que este sistema carrega
menores diferenças entre entradas e sáıdas. O que é o mais ideal para aplicação de registro
de fluxo de pessoas, trazendo menas discrepâncias.
Para o caso do sensor IR, os cálculos ficaram da seguinte forma: para o dia
20/05/2019 tem-se 21,10%. No dia 21/05/2019 o valor foi de 77,70%. Dia 22/05/2019
obteve-se 26,10%. Para o dia 23/05/2019 obteve-se o valor de 37,50%. E para o dia
24/05/2019 tem-se um valor de 13,70%. A figura 37 ilustra os dados graficamente.
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Figura 37 – Gráfico da diferença entre entradas e sáıdas para o sistema embarcado contendosensor IR
Fonte: Autor
Nota-se graficamente que em se tratando de instabilidade, o sistema com IR
demostrou altos picos como o de 77,70%, além de se observar altas oscilação no peŕıodo
de testes, contando ainda com um grande afastamento do gráfico em relação a origem
cartesiana em diversos momentos, o que representa altas diferenças entre entradas e sáıdas.
As altas diferenças de entradas e sáıdas observadas pelo sistema que adotou o
IR pode ser justificada devido pessoas com roupas escuras não promovem acionamento
do sensor, pois o infravermelho é absorvido. Demonstrando - se também que este tipo de
sensor não é ideal para o caso de registro de fluxo de pessoas.
Diante dos resultados apresentados, o sensor PIR é o que melhor se enquadra
especificamente para o caso de registro de fluxo de pessoas em ambientes bibliotecários.
Ele não é o mais rápido, como se pode notar em sua média de tempo de desempenho, mas
sim o mais lento entre os testados e ele também proporciona a menor diferença entre os
dados de entrada e sáıda.
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4 CONCLUSÃO
Foram realizados três testes com o sistema embarcado, um com par de sensor
ultrassônico, um com par de sensor PIR e outro com sensores IR. Todos foram submetidos
ao ambiente de validação proposto, a biblioteca do Campus II da UNIFESSPA. Além do
software de usuário final também ter sido submetido aos testes.
Várias problemáticas foram enfrentadas, dentre elas, acionamentos falsos do sensor
IR, que foi resolvido com adição de um anteparo preto a parede oposta, resolvendo-se a
reflexão do infravermelho.
Também foi observado que o sistema com ultrassônico em inúmeros momentos
não registrava a passagem de uma pessoa. Uma busca para entender este fato diante dos
resultados foi tomada. Encontrou-se base na F́ısica que informou que alguns tipos de
tecidos/roupas são responsáveis pela absorção de ondas ultrassônicas.
No trabalho é mostrada a baixa eficiente dos sensores Ultrassônicos e IR no caso
aplicado. Uma discrepância que em porcentagem mostrou-se claramente que estes sensores
não produzem resultados relevantes para registro de fluxo de pessoas especificamente.
O sensor ultrassônico mostra-se através dos resultados ser mais rápido que o sensor
PIR e sendo o que não produzia maior fidelidade nos dados visualizados percentualmente.
Já o PIR foi o mais lento de todos em se tratando do tempo de desempenho avaliado, foi o
que apresentou menores diferenças entre entradas e sáıdas percentualmente. Conclui-se
então que o sensor PIR, foi o tipo de sensor que se enquadra de forma mais ideal para um
caso de registro de fluxo de pessoas em um ambiente de biblioteca.
Já o software foi avaliado pelos funcionários/servidores que não tiveram dificuldade
no manuseio. Com destaque na possibilidade de se salvar no formado de imagem os gráficos
gerados, o que é de grande importância para se fazer relatórios que são enviados a Reitoria
e ao Ministério da Educação.
Para trabalhos futuros, a adoção do Sistema Embarcado conectado diretamente a
rede cabeada da universidade, proporcionaria a concentração dos dados no data-center da
UNIFESSPA Marabá-PA. Diante disso, em ńıvel de hardware, o módulo bluetooth deveria
ser substitúıdo por um módulo ethernet e o código fonte do software de usuário deveria
sofrer alterações na parte referente a conexão com banco de dados adicionando o endereço
IP do servidor MySQL do data-center.
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Folha de RostoFolha de AprovaçãoDedicatóriaEpígrafeLISTA DE ILUSTRAÇÕESLISTA DE ABREVIATURAS E SIGLASINTRODUÇÃOObjetivosObjetivos GeralObjetivos Específicos
JustificativaTrabalhos CorrelatosOrganização do Trabalho
METODOLOGIAHardwarePlataforma de Computação EmbarcadaBlackBoard UNO R3
SensoresSensor de Presença/Movimento PIRSensor de Obstáculo Infravermelho IRSensor UltrassônicoMódulo RTCMódulo Bluetooth
SoftwareLinguagem PythonFramework PyQt5 e PyQt5 DesignerFramework PandasFramework MatplotlibBanco de Dados MySQL
Esquemas Eletrônicos do ProtótipoFuncionamento Geral do SistemaValidação
RESULTADOSResultados do HardwareSistema Embarcado com Par de Sensores PIRSistema Embarcado com Par de Sensores UltrassônicosSistema Embarcado com Par de Sensores IR
Resultados do Software pra Usuário FinalTempo de DesempenhoDiferença Entre Entradas e Saídas
CONCLUSÃOREFERÊNCIAS