APPLICATION OF THE QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT METHODOLOGY IN IOT PRODUCT DEVELOPMENT
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cs10202601130932
Osni Brilhante de Farias Neto1
Rafael Pissinati de Souza2
Resumo
Com o avanço constante da tecnologia, a internet of things (IoT) está se tornando cada vez mais integrada ao nosso cotidiano, com soluções no âmbito da domótica e até mesmo na indústria. Visando otimizar o processo e elevar a comodidade, este projeto consiste em aplicar a metodologia da casa da qualidade a fim de desenvolver um sistema de supervisão para utilização em instituições de ensino para que os docentes possam comandar remotamente os equipamentos das salas de aulas e/ou laboratórios utilizados. Desta forma, elevando o conforto e diminuindo o gasto de energia em eventuais esquecimentos, além de evitar o deslocamento até ao ambiente em questão para comandar os equipamentos. Utilizando a linguagem Python aplicada a programação junto a biblioteca KivyMD para construção da interface, o protocolo MQTT associado a placa de prototipagem NodeMCU para interpretação e envio dos comandos aos equipamentos por meio de sinais infravermelhos ou via comando digital com o seccionamento de um circuito de comando. O desenvolvimento deste sistema foi dividido em quatro fases para separar de maneira clara e estruturada as etapas de concepção, implementação, integração e validação, garantindo assim uma abordagem organizada e eficaz no processo de criação do produto e aplicação da metodologia.
Palavras-chave: Casa da Qualidade. Desenvolvimento. IoT.
1. INTRODUÇÃO
A automação de ambientes tem se mostrado uma solução eficiente para promover conforto, economia de energia e facilitar a gestão de recursos em diferentes contextos. Em especial, instituições de ensino possuem diversos processos e sistemas passíveis de melhoria. Desta forma, mesmo atividades simples da rotina dos colaboradores possuem a capacidade de serem otimizadas. Como por exemplo, o uso de equipamentos como ar-condicionado e projetores de vídeo. Nesse cenário, a integração de hardware com capacidade de comunicação em rede e sistemas de software baseados no conceito de Internet das Coisas (IoT) se apresenta como uma abordagem promissora.
O consumo e a otimização de energia são fatores decisivos para o desenvolvimento de novos produtos e soluções. Pois a energia elétrica é um recurso essencial e com demanda em constante crescimento. Segundo o Relatório Síntese do Balanço Energético Nacional, elaborado e publicado anualmente pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2024), o consumo final de eletricidade no país em 2023 cresceu 5,2%. Os setores que mais influenciaram nesse crescimento foram o segmento Residencial, seguido pelo Comercial e Industrial. Este crescimento está direto ou indiretamente relacionado a dois aspectos: à maneira como os equipamentos são utilizados e aos novos dispositivos tecnológicos disponibilizados no mercado. Ressalta-se que, em razão do cenário pandêmico, houve uma ampla adoção do regime de home office, bem como um significativo avanço no desenvolvimento de criptomoedas e inteligências artificiais.
O consumo de energia tende a aumentar devido a diversos fatores. Diante disso, é fundamental buscar constantemente novas perspectivas para analisar as rotinas de consumo, tanto no setor industrial quanto no residencial. Essa abordagem permite otimizar processos, visando ganhos de eficiência e a redução de desperdícios.
Realizando a análise de processos, podemos observar diversas oportunidades de desenvolvimento e otimização, principalmente no âmbito da automação e prototipagem. O universo de possibilidades se eleva em linha com o avanço tecnológico e a disponibilidade de recursos. Consequentemente, as ferramentas e produtos utilizados fora do segmento industrial se tornarão progressivamente mais complexas.
2. METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO
Visando uma abordagem direcionada para o desenvolvimento de produto, foram simuladas as necessidades do cliente com base nas experiências e observações adquiridas durante a vida acadêmica. Para melhor adequação do produto ao mercado, é necessário realizar a idealização em conjunto ou na perspectiva do cliente. Dito isto, o cliente para este projeto é representado por instituições de ensino que possuem salas de aula equipadas com um projetor de vídeo e uma central de ar-condicionado. Logo, o projeto tem como campo de aplicação as instituições, tanto públicas quanto privadas, que possuem estes equipamentos.
Para manter o resultado alinhado com as expectativas do cliente, se faz necessário adotar metodologias compatíveis com o desenvolvimento praticado. Desta forma, adotamos a utilização da ferramenta conhecida como Casa da Qualidade (QFD) para uma melhor gestão e organização no desenvolvimento. Vale ressaltar que o processo se divide em quatro fases:
FASE 01
Nesta etapa, foram realizadas algumas interações com o cliente visando identificar quais necessidades e o respectivo grau de significância de cada tópico para com o produto final. Desta forma, foram obtidos os dados e elaborado a tabela de requisitos do cliente, representada abaixo pela Tabela 1:
Tabela 1: Tabela apresentando os requisitos do cliente enumerados e classificados por grau de significância em uma escala de um a cinco.
Com base nos pontos pautados e definidos pelo cliente, dispostos na Figura 1, foram definidos cinco requisitos identificados como essenciais e que abrangem as necessidades do produto. Estes requisitos incluem o controlador, o meio de comunicação, a interface, a caixa de proteção e o sinal de comando. Para selecionar qual tecnologia melhor se adéqua no desenvolvimento de cada necessidade citado, foi construído a tabela de requisitos do produto, representado pela Tabela 2, onde estão destacados quais itens foram selecionados para a implementação. Das opções, foram escolhidas aquelas que atendem aos requisitos e que, além disso, facilitam a evolução no desenvolvimento.
Tabela 2: Tabela apresentando os requisitos do produto enumerados e dispondo de quatro opções de tecnologias onde se encontra destacado em verde as tecnologias adotadas.
Desta forma, podemos analisar a fundamentação teórica do projeto, e com isso, compreender de maneira objetiva a última etapa teórica que antecede o desenvolvimento prático, a pesquisa de anterioridade. Esta etapa, por sua vez, possibilita a identificação de produtos ou projetos similares previamente desenvolvidos por terceiros. Após executada a pesquisa, através do guia prático para buscas de patentes disponibilizado pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI, 2024), constatou-se que, referente ao escopo de aplicação, não constam patentes depositadas. Desta forma, o trabalho teve seguimento conforme a idealização inicial.
FASE 02
Após a análise das necessidades, foram definidos quais tecnologias e métodos serão utilizados no desenvolvimento. Para execução das etapas e avanço contínuo do projeto, foi adotado a divisão por sprints de uma semana com o objetivo de atribuir a devida atenção para cada tarefa e avançar de maneira fluida entre as fases do projeto. A Tabela 3 apresenta o cronograma proposto, onde se encontra destacado a lista de atividades juntamente com sua respectiva fase de projeto e tempo atribuídos.
Tabela 3: Tabela apresentando a lista de atividades enumeradas, divididas por fase do projeto e relacionada com a quantidade de sprints necessárias para a conclusão.
Conforme o decorrer do desenvolvimento, comumente surgem situações que necessitam optar por uma solução diferente da identificada inicialmente. Para que essas decisões sejam objetivas e atendam o escopo original do projeto, foi utilizado a ferramenta de gerenciamento da qualidade chamada de House of Quality, conhecida também como Casa da Qualidade ou Matriz QFD. Os ganhos ao utilizar essa técnica para a tomada de decisão englobam desde a facilidade na comunicação entre a equipe quanto à agilidade na tomada de decisão, de modo que o projeto não saia do escopo idealizado.
A matriz QFD pode ser facilmente construída seguindo as etapas e orientações dispostas no livro The Quality Function Deployment Handbook (COHEN; PAINE, 2001). Por sua vez, a matriz QFD pode ser dividida em oito itens, onde cada item se integra para representar da melhor forma as necessidades do cliente e relacioná-las às características do produto e suas respectivas relações com os demais fatores que integram o produto. O conjunto de informações construídas, na fase anterior, compõem os itens um e dois da matriz conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 1: Representação com figuras geométricas sólidas e com legendas enumeradas para simplificação da leitura e entendimento do quadro QFD.
À primeira vista, a casa da qualidade é complexa devido a sua variedade de informação e formas geométricas dispostas por toda a parte. Porém, uma vez que a casa da qualidade é construída, funcionará como um guia no decorrer do projeto e auxiliará na tomada de decisões.
Ao relacionar as necessidades identificadas com as características do produto, é possível obter a matriz de relacionamentos, representada pelo item quatro na Figura 1. Onde cada interação será classificada de acordo com seu nível de influência. Já os itens cinco e seis, ressaltam a importância e apresentam a distribuição da relevância de cada tópico, a fim de facilitar qualquer priorização ou tomada de decisão.
Já o item sete, se trata de uma avaliação direta aos produtos presentes no mercado que atendam a função primária proposta. Vale ressaltar, que no desenvolvimento de qualquer produto é de fundamental importância a análise de mercado. Pois, em determinados cenários, poderá ser possível alcançar o objetivo simplesmente promovendo uma pequena melhoria em um produto já existente ou adotando a solução disponível. Outra maneira de utilizar o item sete, se dá no desenvolvimento de produtos com o objetivo de rivalizar com o mercado. Essa visão competitiva é de extrema importância para elaborar produtos mais eficientes e com maior valor percebido. Como podemos observar, a aplicação da Casa da Qualidade permite identificar as necessidades do cliente e compará-las com o desempenho dos concorrentes. Essa ideia segue em linha com o pensamento estratégico de Sun Tzu, que defendia que conhecer bem tanto as próprias capacidades quanto as do adversário é essencial para alcançar resultados favoráveis (TZU, 2007).
Para consolidar o entendimento, abaixo se encontra disposto a Figura 2, contendo as relações de cada tópico conforme análise dos dados previamente apresentados na Tabela 1 e na Tabela 2.
Figura 2: Casa da Qualidade – QFD elaborada a partir dos dados e objetivos apresentados no decorrer deste artigo.
FASE 03
Nesta fase, o principal objetivo é construir a solução previamente idealizada e registrada na casa da qualidade. Dessa maneira, dá-se início às atividades com a confiança de que será possível seguir o caminho de melhor solução e evitar discussões prolongadas causadas por alterações não previstas oriundas de diferentes segmentos, como a escassez de matéria-prima, mudanças no ambiente de aplicação, necessidade de atender a novas normas, entre outros fatores.
Ao separar a construção prática do produto de maneira objetiva, é possível dividir as principais entregas desta etapa em duas, o software e o hardware:
1. Desenvolvimento do Software
De acordo com Oorschot, Bertrand e Rutte (2001), os atrasos em projetos de desenvolvimento de front-ends para novos produtos geralmente estão relacionados a prazos superestimados, instabilidade nas etapas do projeto e dificuldades de integração entre as equipes envolvidas.
Para atender as especificações e concluir o software dentro do prazo proposto, se faz necessário a elaboração de uma aplicação que apresenta telas com funções para utilização do usuário, configuração do broker, adição ou remoção dos equipamentos e registro dos comandos enviados. Com esta premissa em mente, foi iniciado a construção de um software básico, mas objetivo, para permitir o correto funcionamento do sistema e integração ao hardware.
A tela inicial do sistema possui a lista de dispositivos monitorados seguidos de alguns dados individuais de cada equipamento, conforme apresentado na Figura 3.
Figura 3: Tela inicial do software de supervisão contendo dois equipamentos cadastrados e apresentando respectivamente o estado de ligado na cor vermelha e desligado na cor cinza.
O menu lateral, localizado à esquerda da tela principal, apresenta os filtros para facilitar a localização dos equipamentos a serem comandados. Contando com a opção de visualizar somente os equipamentos de uma determinada classe ou a visualização de todos os dispositivos.
Na tela inicial, encontra-se o menu de navegação, localizado na parte inferior, por meio do qual é possível selecionar entre as telas disponíveis, como, por exemplo, a tela de eventos registrados, apresentada na Figura 4.
Figura 4: Tela de eventos do software de supervisão contendo diversos registros de comandos processados pela interface.
Nessa tela, é possível observar quais comandos foram devidamente enviados e interpretados pelo hardware. Todos os registros se encontram ordenados cronologicamente, possibilitando o acompanhamento e interpretação dos acontecimentos.
Para realizar a parametrização do sistema, foi desenvolvido uma tela dedicada para este fim. Onde é possível selecionar o broker utilizado, promover o cadastro e remoção dos dispositivos supervisionados conforme apresentado na Figura 5, logo abaixo:
Figura 5: Janela de configuração do software, apresentando ambiente de configuração do broker na lateral esquerda e ambiente de cadastro dos dispositivos na lateral direita.
Dessa forma, o software atende as especificações do projeto de maneira direta e eficiente. Mantendo a simplicidade como prioridade e atendendo com precisão cada necessidade identificada, garantindo um funcionamento adequado e em linha com o escopo inicial do projeto.
2. Desenvolvimento do Hardware
Para realizar a comunicação do sistema e transmitir o sinal recebido para o equipamento presente em sala, foi desenvolvido um dispositivo responsável por atuar como intermediário. O hardware para esta aplicação, conta com um microcontrolador capaz de receber e interpretar os dados trafegados, via protocolo MQTT, através da internet e desta forma traduzir em comandos para o respectivo equipamento.
Para comandar os equipamentos que não possuem integração com o sistema de comando digital, foi idealizado a utilização de uma saída via emissor infravermelho. Desta forma, o projeto poderá ser aplicado para uma extensa variedade de dispositivos comumente utilizados em laboratórios e ambientes correlatos. O hardware responsável por enviar esse sinal está representado pelo esquemático presente na Figura 6.
Figura 6: Esquemático detalhado do circuito eletrônico responsável por enviar os sinais através do emissor infravermelho para os equipamentos monitorados.
Já o comando digital, utiliza um relé de estado sólido para promover o seccionamento em um terminal disponibilizado no hardware. Desta forma, possibilita a manipulação de um sinal de comando enviado para uma contatora ou a interrupção do circuito de força do equipamento em questão.
O esquemático do circuito descrito, se encontra melhor detalhado na Figura 7.
Figura 7: Esquemático detalhado do circuito eletrônico responsável por enviar os sinais através do relé de estado sólido para os equipamentos monitorados.
Vale ressaltar que a utilização recomendada é por meio de um circuito de comando, tendo em vista que o projeto estará acessível em um ambiente institucional com a presença de transeuntes.
Todas as respectivas placas relacionadas aos esquemáticos apresentados, se encontram fixadas através de pinos e protegidas dentro de uma case confeccionada por impressão 3D. Desta maneira, os únicos componentes que podem ser observados externamente são o botão de comando local, os terminais do tipo switch para comutação do sinal digital através do relé de estado sólido e o conector de carga do dispositivo desenvolvido. Para os casos em que a substituição de alguma das placas seja necessária, o acesso aos elementos internos pode ser facilmente efetuado com a remoção de quatro parafusos dispostos na tampa superior da case. Melhores detalhes da montagem podem ser observados na fase seguinte, através da Figura 11.
FASE 04
A quarta e última fase do projeto, corresponde à etapa de consolidação do protótipo IoT, onde representa a homologação dos esforços empreendidos nas etapas anteriores. Nesse estágio, o foco recai sobre o acabamento, manuseio e usabilidade do produto.
A qualidade de um produto é determinada através de uma observação crítica dos resultados obtidos após uma bateria de testes direcionados a este fim. Buscando validar as especificações do produto e garantir o nível de confiabilidade necessário, foi empregado diversos testes práticos realizados em bancada, com o objetivo de verificar possíveis falhas pontuais como a presença de ruído na comunicação entre o módulo e sistema, irregularidades nas funcionalidades básicas do dispositivo, possíveis interferências entre os softwares e bugs de maneira geral.
Os ensaios foram conduzidos exclusivamente em ambiente acadêmico para possibilitar melhor controle e análise dos resultados. O dispositivo foi devidamente instalado e conectado ao fornecimento de energia para a realização de todos os testes, como apresentado pela Figura 8.
Figura 8: Captura do produto finalizado, fixado na parede e conectado a fonte de energia para utilização experimental e realização dos testes operacionais.
Desta forma, após realizado a instalação do produto foi possível utilizar a interface do software para a realização da inclusão e exclusão de alguns dispositivos, envios de comandos para ligar e para desligar juntamente com o reconhecimento do status de operação do equipamento na cor vermelha presente no cartão de identificação do dispositivo, conforme apresentado na Figura 9.
Figura 9: Captura do de tela recortada apresentando o cartão de identificação de um dos equipamentos com status de indicação em status “LIGADO” representado na cor vermelha.
Como o desenvolvimento do produto foi orientado pela metodologia da casa da qualidade, os testes e verificações buscaram confirmar o alinhamento entre as necessidades expressas pelos usuários e as funcionalidades efetivamente entregues.
Dessa maneira, caso sejam identificados sinais de falha ou mau funcionamento em alguma das funções, é necessário que o projeto passe por um rollback e seja submetido a uma nova etapa de desenvolvimento. Favorecendo a elaboração de correções pontuais e direcionadas para corrigir as anomalias observadas durante os ensaios executados.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
O crescente uso de tecnologias digitais têm impulsionado o desenvolvimento de soluções que promovem maior controle e eficiência no uso de equipamentos. Projetar e aplicar essas tecnologias está integrado dentre as diversas atribuições do engenheiro de controle e automação. Desta forma, a cada dia se torna mais comum encontrarmos, presentes em salas de aula e laboratórios das instituições, soluções que anteriormente só eram aplicadas em ambiente industrial. A implementação de dispositivos de hardware conectados à rede, aliados a sistemas de software capazes de endereçar comandos e registrar operações, tem se mostrado uma alternativa viável para o controle e supervisão de equipamentos. Nesse cenário, destaca-se a utilização do protocolo MQTT para comunicação remota, da linguagem Python como base para sistemas que integram funcionalidade e versatilidade e, por último, mas não menos importante, do microcontrolador NodeMCU, responsável por se comunicar diretamente com a internet via wireless. Possibilitando soluções onde a simplicidade e robustez estão presentes, atendendo às necessidades específicas do ambiente educacional e permitindo a melhoria contínua do sistema.
A automação de ambientes compreende o uso de sistemas de controle para operar equipamentos de forma automática ou remota, com o objetivo de melhorar a eficiência energética, a segurança e a conveniência (OGATA, 2010). No contexto educacional, isso inclui o gerenciamento de dispositivos comumente utilizados em salas de aula e laboratórios, promovendo não apenas economia, mas também melhor gerenciamento dos ativos e organização do espaço físico.
No âmbito da comunicação entre dispositivos, o protocolo MQTT tem se destacado por sua leveza e eficiência. Trata-se de um protocolo baseado no modelo publish/subscribe, que permite a troca de mensagens entre clientes por meio de um broker central. Sua baixa sobrecarga o torna ideal para aplicações em sistemas embarcados e Internet das Coisas (IoT) (BANKS; GUPTA, 2014).
Além disso, linguagens de programação de alto nível como Python oferecem bibliotecas e estruturas que facilitam a implementação de clientes MQTT, interfaces de usuário e sistemas de registro de eventos. Python também é amplamente adotado em ambientes acadêmicos, o que reforça sua aplicabilidade em soluções voltadas a instituições de ensino (LUTZ, 2013).
Diversos modelos têm sido propostos para o controle remoto de equipamentos em ambientes institucionais. Soluções como plataformas baseadas em ESP32, Raspberry Pi e Arduino já demonstraram viabilidade em aplicações semelhantes, especialmente quando associadas a protocolos como MQTT ou HTTP (BAYOD-RúJULA; PéREZ-RUIZ; GARCíA-TRALLERO, 2020). Tais dispositivos são capazes de acionar relés e se integrar a sistemas e interfaces de controle para ligar e desligar equipamentos dentre outras aplicações.
Por outro lado, sistemas de supervisão e controle baseados em Python se destacam pela flexibilidade e facilidade de integração com APIs, bancos de dados e interfaces gráficas. Ferramentas como Paho MQTT, Kivy e SQLite permitem a construção de aplicações robustas, capazes de enviar comandos aos dispositivos e registrar logs de operação em tempo real.
Autores como Banks e Gupta (2014) destacam o MQTT como a escolha ideal para aplicações onde a eficiência e a confiabilidade são essenciais, reforçando sua adoção em ambientes com conectividade limitada ou intermitente.
Em contraste, trabalhos mais recentes, como o de Bayod Rújula, Pérez-Ruiz e García-Trallero (2020), enfatizam o aspecto pedagógico dos sistemas de automação em instituições de ensino, sugerindo que tais soluções não apenas otimizam os recursos, mas também servem como instrumentos didáticos em cursos de engenharia e tecnologia. Desta forma, a escolha de tecnologias Open Source possibilita que a manutenção e melhoria do sistema seja praticada pelos próprios acadêmicos.
Embora existam soluções tecnológicas disponíveis e abordagens bem documentadas na literatura, verifica-se uma carência de sistemas integrados e específicos para ambientes educacionais. A maioria dos estudos apresenta soluções genéricas ou voltadas a aplicações residenciais, o que exige adaptações para o contexto institucional. Além disso, tais sistemas não abordam sobre o registro das ações realizadas e por sua vez impossibilita possíveis auditorias e rastreabilidade dos comandos e parâmetros alterados.
A literatura revisada demonstra a viabilidade técnica de se implementar sistemas de automação remota utilizando hardware embarcado e protocolos de comunicação como MQTT. Também evidencia o potencial de linguagens como Python na construção de sistemas de controle e monitoramento. Contudo, observa-se uma lacuna no desenvolvimento de soluções específicas para instituições de ensino que integrem controle remoto, registro de comandos e facilidade de uso por operadores não técnicos.
Dessa forma, a proposta deste projeto busca preencher essa lacuna, aplicando a metodologia casa da qualidade e desenvolvendo um sistema dividido em dois componentes hardware e software voltados para o controle e monitoramento dos equipamentos presentes em salas de aula e laboratórios. A abordagem adotada visa não apenas melhorar a eficiência operacional, mas também servir como um recurso educacional e de apoio à gestão institucional.
4. DISCUSSÃO
A execução de uma série de testes pós confecção é de suma importância para elevar a qualidade e confiança no produto final. Portanto, os testes foram elaborados baseados nos principais aspectos do projeto, permitindo avaliar comportamentos específicos. Durante a realização dos testes operacionais, o projeto demonstrou um comportamento adequado. Os comandos enviados via interface foram traduzidos corretamente em seus respectivos equipamentos e a duração dos testes permaneceram dentro do tempo estimado para os processos executados. Os resultados de performance mensurados, em todos os testes, se encontram apresentados na Tabela 4.
Tabela 4: Tabela apresentando a lista de testes realizados e seus respectivos resultados observados.
Para resumir o desempenho e classificar os maiores ofensores da performance do produto, todas as atividades se encontram listadas e apresentadas na Figura 14, em ordem decrescente em relação à média de tempo necessário para serem executadas.
Figura 10: Gráfico de colunas apresentando a duração média da lista de testes realizados e seus respectivos resultados observados.
Os demais aspectos observados se encontram apresentados nos tópicos a seguir:
1. INSTALAÇÃO
A montagem dos componentes ao case, impresso em 3D, revelou que o design atende aos requisitos necessários para utilização em áreas abrigadas, tais como salas de aula e laboratórios. A escolha dos materiais e a técnica de impressão 3D permitem uma produção ágil e personalizável, alinhada com as necessidades presentes no desenvolvimento de qualquer produto.
No entanto, é importante observar que a utilização em ambientes externos ou sujeitos a condições adversas exigiria uma revisão criteriosa dos materiais empregados, considerando fatores como resistência mecânica, exposição à umidade e variações bruscas de temperatura.
A distribuição dos componentes e montagem podem ser melhor interpretadas observando a Figura 11.
Figura 11: Captura da renderização do modelo 3D do projeto montado, em vista explodida, vista frontal e traseira para visualização da disposição dos componentes internos.
A fixação do dispositivo na parede deve ser realizada através de parafuso ou de fita dupla face, ressalto que o dispositivo é alimentado por uma fonte de energia e por tal motivo deve ser instalado próximo de uma tomada elétrica.
2. INTERFACE
Após realizado o cadastro dos equipamentos o sistema apresenta seu respectivo cartão de identificação na tela inicial. Desta maneira, é possível realizar o envio de comandos diretamente através da interface principal para o equipamento desejado. Os botões de comando estão dispostos na lateral direita em cada cartão de identificação. Para uma melhor compreensão, se encontra disposto na Figura 12 o cartão de identificação com a legenda:
Figura 12: Captura de tela do sistema apresentando o cartão de identificação de um dos equipamentos cadastrados ao lado da legenda para interpretação dos ícones.
Para que a localização do cartão de identificação seja executada de maneira ágil, o sistema possibilita ao usuário a função de filtrar os cartões em tela. Esta função pode ser aplicada através do menu disposto na lateral esquerda da tela. Conforme apresenta a Figura 13.
Figura 13: Tela inicial do software de supervisão contendo dois equipamentos cadastrados e apresentando os filtros disponíveis destacados em vermelho.
Toda a navegação do sistema é realizada através do menu de telas, localizado na parte inferior da tela inicial. Desta forma, o usuário poderá acessar a tela de configuração, a tela de eventos e retornar à tela inicial para envio de comando e monitoramento dos equipamentos. Para melhor identificação, abaixo se encontra a Figura 14 destacando o menu de navegação.
Figura 14: Tela inicial do software de supervisão contendo dois equipamentos cadastrados e apresentando o menu de navegação destacado em vermelho.
Todo o layout do sistema é minimalista, tornando a utilização do sistema clara e objetiva. Contudo, graças ao framework kivy é possível realizar alterações e upgrades conforme a necessidade de aplicação.
3. COMUNICAÇÃO
Para consolidar qualquer comunicação, é necessário realizar o envio, a recepção e a interpretação dos dados e só então será possível afirmar que a comunicação foi bem sucedida. Dito isto, o teste aplicado é composto pelo envio e a percepção do comando através do indicador presente na tela inicial do sistema.
A evidência do teste pode ser observada através da Figura 15, onde se encontra presente o log com o registro de comando enviado ao lado da tela inicial do sistema apresentando o ícone de status na cor vermelha:
Figura 15: Capturas de tela do software apresentando o log do comando enviado e indicativo de retorno do dispositivo na cor vermelha.
Os resultados obtidos com os testes demonstram a eficácia e confirmam a capacidade do sistema de estabelecer uma conexão estável entre dois dispositivos e uma estação hospedando o software desenvolvido. Esse resultado reforça a eficiência do MQTT como solução para sistemas que demandam monitoramento contínuo.
Contudo, é importante destacar que a segurança da comunicação não foi avaliada explicitamente nos testes realizados. Para garantir a integridade das informações transmitidas, recomenda-se implementar mecanismos de autenticação e criptografia.
4. COMANDO E USABILIDADE
Toda a estrutura de interface do hardware foi concebida de modo que o seu uso fosse simplificado. Desta forma, a interface local possui apenas um botão que permite o envio dos comandos para ligar e desligar. Portanto, toda a parametrização do equipamento deve ser realizada antes da adesão ao sistema.
Os testes de comando local foram realizados pressionando o botão vermelho, localizado na parte superior do produto, conforme destacado na Figura 16, e finalizado após identificado o reconhecimento do comando pelo equipamento.
Figura 16: Captura do produto finalizado, fixado na parede e conectado a fonte de energia com seta indicando o botão de comando local.
Para a comunicação via infravermelho, foi realizada a instalação do componente responsável pela emissão do sinal. Todos os testes realizados levaram em consideração a utilização tanto do comando digital quanto do comando via infra vermelho. Dessa forma, o funcionamento de todo o módulo de comando foi devidamente validado.
O componente responsável pela emissão do sinal via infra vermelho é destacado ao produto final devido ao seu papel complementar. Para melhor visualização do componente, o dispositivo se encontra apresentado na Figura 17.
Figura 17: Captura do componente utilizado para permitir que o dispositivo realize a emissão de comando via infravermelho.
Entretanto, vale considerar que a emissão via infravermelho pode apresentar limitações em ambientes com alta interferência luminosa ou distâncias superiores às especificadas dos componentes utilizados. Sendo assim, recomenda-se avaliar a necessidade de implementar redundâncias ou alternativas tecnológicas para mitigar possíveis falhas.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O sistema se destaca por se basear em tecnologias open source, tornando o projeto livre para que possa ser trabalhado e aprimorado a fim de se adequar a cada necessidade. Os resultados obtidos durante os testes, demonstram que o sistema possui capacidade para gerenciar uma quantidade significativa de equipamentos. Porém, não é recomendado a utilização com números elevados de dispositivos, pois o sistema apresenta uma interface simples para exibição e navegação entre os itens.
As limitações relacionadas à alocação de banda utilizada e testes de estresse no servidor broker não foram mensurados. Desta maneira, a capacidade máxima de dispositivos é desconhecida, sendo possível estimar com base somente nos dados da fabricante do microcontrolador e dispositivos envolvidos no tráfego da rede.
Os testes realizados nos levam a crer que o sistema atende os requisitos do escopo do projeto, que é promover o comando remoto dos equipamentos de sala através de um terminal. Devido ao projeto está em caráter inicial, podemos observar diversos pontos de melhoria ao compararmos com sistemas mais robustos e supervisórios já presentes no âmbito industrial. Vale ressaltar, também, que o sistema se encontra livre de bugs críticos que comprometem seu funcionamento. Possibilitando a aplicação e utilização para aprendizados focados na eletrônica e no desenvolvimento de melhorias relacionadas à transmissão e interpretação dos comandos direto aos equipamentos. Para o software, é fortemente recomendado o desenvolvimento de funcionalidades que complementam o escopo de aplicação, tais como a tela de gerenciamento do broker e agrupamentos para representação de pavilhões em instituições de maior capacidade.
Em síntese, os testes realizados validam a viabilidade técnica do produto, destacando sua funcionalidade e adaptabilidade. No entanto, algumas considerações devem ser levadas em conta para futuros desenvolvimentos, como a implementação de medidas de segurança na comunicação, a avaliação de alternativas para emissão de comandos, a revisão dos materiais para uso em ambientes mais desafiadores e o aprimoramento da interface gráfica. Essas melhorias contribuirão para elevar ainda mais a robustez e a versatilidade do sistema, alinhando-o às melhores práticas da Engenharia de Controle e Automação, bem como aos padrões de qualidade exigidos pela indústria atual.
REFERÊNCIAS
BANKS, A.; GUPTA, R. MQTT Version 3.1.1. OASIS Standard, 2014. Disponível em: http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/mqtt-v3.1.1.html. Acesso em: 01 de janeiro de 2026.
BAYOD-RúJULA Ángel; PéREZ-RUIZ, J.; GARCíA-TRALLERO, M. P. Educational and energy efficiency potential of building automation systems in schools. Renewable Energy and Power Quality Journal, v. 18, p. 123–128, 2020.
COHEN, L.; PAINE, F. K. The Quality Function Deployment Handbook. 1. ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001.
EPE. Empresa de Pesquisa Energética. 2024. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-energetico-nacional-2024. Acesso em: 01 de janeiro de 2026.
INPI. Instituto Nacional da Propriedade da Industrial. 2024. Disponível em: https://www.gov.br/inpi/pt-br. Acesso em: 01 de janeiro de 2026.
LUTZ, M. Learning Python. 5. ed. [S.l.]: O’Reilly Media, 2013.
OGATA, K. Engenharia de controle moderno. 5. ed. [S.l.]: Pearson Prentice Hall, 2010.
OORSCHOT, K. E. van; BERTRAND, J. W. M.; RUTTE, C. G. An empirical study into the causes of lateness of new product development projects. International Journal of Project Management, v. 19, n. 8, p. 385–396, 2001.
TZU, S. A Arte da Guerra. São Paulo: Cultrix, 2007.
1Discente do Curso Superior de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Rondônia – Campus Calama. e-mail: osni.brilhante@gmail.com
2Docente do Curso Superior de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Rondônia – Campus Calama. Mestre em Sistemas Mecatrônicos (UNB). e-mail: rafael.pissinati@ifro.edu.br