MONITORING SOFTWARE FOR DATA COLLECTED FROM THE BICYCLE WITH SUSTAINABLE ENERGY GENERATION
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10207037
Souza, A. G.
Câmara, L. S.
Pereira, V. R.
Cominato, A. K
Noriega, C. l.
RESUMO
Este trabalho de conclusão de curso (ATCC) aborda o desenvolvimento de um aplicativo mobile utilizando a framework Flutter, conectado a um circuito de geração de energia por meio de uma bicicleta. O projeto visa promover a sustentabilidade e a conscientização ambiental ao transformar a energia cinética gerada durante a prática de ciclismo em eletricidade.
O aplicativo, desenvolvido em Flutter, oferece uma interface intuitiva para os usuários, permitindo o acompanhamento em tempo real da quantidade de energia gerada, o histórico de pedaladas e o impacto ambiental alcançado. Além disso, fornece feedbacks para incentivar a participação dos usuários no processo de geração de energia limpa.
O sistema de geração de energia incorpora um circuito que converte o movimento da bicicleta em eletricidade, armazenando-a em baterias recarregáveis ou alimentando dispositivos eletrônicos diretamente. A integração entre o aplicativo e o circuito proporciona uma experiência completa para os usuários, que podem visualizar dados detalhados sobre o desempenho de suas pedaladas e o impacto na redução da pegada de carbono.
Este TCC contribui não apenas para o avanço da tecnologia em aplicativos móveis, mas também para a promoção de práticas sustentáveis e a conscientização sobre a importância da energia renovável. A combinação da tecnologia Flutter com a geração de energia por meio da bicicleta representa uma solução para a produção de eletricidade limpa, incentivando a adoção de hábitos mais sustentáveis na sociedade.
Palavras-chave: Aplicativo Mobile, Flutter, Sistema de Geração de Energia, Bicicleta, Sustentabilidade, Eletricidade Limpa, Energia Renovável, Desenvolvimento Sustentável.
ABSTRACT
This thesis explores the development of a mobile application using the Flutter framework, integrated with an innovative bicycle-powered energy generation system. The project aims to promote sustainability and environmental awareness by converting kinetic energy generated during cycling into electricity.
The Flutter-developed application provides an intuitive interface for users, allowing real-time monitoring of the generated energy, ride history, and environmental impact. Additionally, it offers motivational feedback to encourage user participation in the clean energy generation process.
The energy generation system incorporates a circuit that converts the bicycle’s movement into electricity, storing it in rechargeable batteries or directly powering electronic devices. The seamless integration between the application and the circuit provides a comprehensive experience for users, enabling them to visualize detailed data on their ride performance and the positive impact on reducing their carbon footprint.
This thesis contributes not only to the advancement of mobile application technology but also to the promotion of sustainable practices and awareness of the importance of renewable energy. The combination of Flutter technology with bicycle-based energy generation represents a creative and accessible solution for clean electricity production, encouraging the adoption of more sustainable habits in society.
Keywords: Mobile Application, Flutter, Energy Generation System, Bicycle, Sustainability, Clean Electricity, Renewable Energy, Sustainable Development.
1. INTRODUÇÃO
A crescente preocupação com a qualidade do ar nas áreas urbanas é um reflexo dos impactos adversos que a poluição atmosférica pode ter na saúde das populações. Nesse contexto, a Organização Mundial de Saúde (OMS) estabeleceu diretrizes que determinam um limite aceitável de 50 microgramas por metro cúbico para partículas respiráveis diárias. No entanto, locais urbanos, como São Paulo, continuam a desafiar essas diretrizes, mantendo níveis persistentemente elevados de poluição do ar, principalmente devido à presença predominante de material particulado. (MENDES, 2016).
A poluição atmosférica, sendo classificada como “o novo tabaco” , coloca a qualidade do ar como uma questão crítica para a saúde global (ADHANOM, 2019). As cidades enfrentam o desafio de melhorar a qualidade do ar, garantindo um ambiente mais saudável para seus cidadãos. Nesse cenário desafiador, a bicicleta emerge como uma alternativa sustentável que não apenas contribui para a redução da poluição do ar, mas também promove estilos de vida mais saudáveis, igualdade de gênero e a transição para fontes de energia mais limpas. Ela desempenha um papel fundamental na realização dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) estabelecidos na Agenda 2030 da ONU, onde a promoção da mobilidade sustentável desempenha um papel de destaque. (LUCON, 2008)
As preocupações atuais com a energia destacam a importância de acelerar a transição para sistemas de energia mais limpos e saudáveis (ADHANOM, 2022). Essa afirmação do diretor-geral da OMS destaca a urgência das preocupações atuais relacionadas à energia, enfatizando a necessidade de uma transição mais rápida para sistemas de energia mais limpos e saudáveis.
Segundo o conselho nacional do meio ambiente CONAMA, no ano de 2021, existe a crescente conscientização em função da importância da sustentabilidade e da busca por alternativas inovadoras que possam mitigar os impactos ambientais, a bicicleta surge como uma solução sustentável.
Conforme análise do Ministério do Desenvolvimento Regional em 2019, a utilização da bicicleta no Brasil tem ganhado relevância nas últimas décadas, impulsionada por uma crescente conscientização ambiental, o aumento no tráfego urbano e a busca por alternativas de transporte mais saudáveis e sustentáveis. Este fenômeno tem motivado um interesse crescente tanto por parte dos pesquisadores quanto das políticas públicas voltadas para a mobilidade urbana.
A utilização de bicicletas e ciclovias no Brasil tem crescido significativamente nas últimas décadas, refletindo um aumento na conscientização sobre a importância da mobilidade sustentável. De acordo com o Censo Demográfico de 2010, o número de pessoas que utilizavam bicicletas como meio de transporte no Brasil era de aproximadamente 7,1 milhões, demonstrando um aumento considerável em relação aos anos anteriores. Além disso, segundo um estudo realizado pelo IBGE, no ano de 2010, o país tem visto um investimento substancial na expansão de infraestrutura cicloviária, com destaque para cidades como Curitiba, que implementou uma extensa rede de ciclofaixas e ciclovias, e São Paulo, que tem buscado promover a construção de ciclovias e incentivar o uso da bicicleta. Esses esforços têm contribuído para tornar a bicicleta um meio de transporte cada vez mais viável no cenário urbano brasileiro.
O monitoramento e apresentação dos dados de ciclismo e energia sustentável coletados pelo aplicativo são elementos cruciais na promoção da mobilidade sustentável e na conscientização ambiental. Este papel fundamental do aplicativo se alinha com estudos relevantes que indicam o impacto positivo de ferramentas de monitoramento e rastreamento na promoção da atividade física e na mudança de comportamento, como mencionado em pesquisas como a de Fanning et al. (2012). Através da coleta precisa de dados sobre o desempenho dos ciclistas e a eficiência das bicicletas, o aplicativo não apenas empodera os usuários com informações valiosas sobre seu impacto ambiental e saúde, mas também contribui para a criação de uma base de dados que pode servir como embasamento para políticas públicas direcionadas à promoção do ciclismo e da energia limpa, conforme evidenciado em pesquisas como a de Cowan et al. (2013). Além disso, a apresentação intuitiva e acessível desses dados inspira os ciclistas a manterem suas práticas, estabelecendo metas e acompanhando seu progresso ao longo do tempo, como destacado por estudos como o de Liu et al. (2019). A facilidade de acesso a essas informações não apenas incentiva a adoção de práticas mais ecologicamente corretas, mas também contribui para uma sociedade mais consciente sobre a importância da sustentabilidade, como destacado nos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU (meta 7: Energia Limpa e Acessível).
O desenvolvimento do nosso aplicativo está relacionado ao uso das metodologias ágeis. Conforme destacado por Schwaber e Sutherland (2017) no guia oficial do Scrum, as metodologias ágeis são conhecidas por sua flexibilidade e capacidade de se adaptar às mudanças durante o desenvolvimento. Estamos enfrentando um ambiente dinâmico em que os requisitos podem evoluir ao longo do tempo. Além disso, como mencionado por Fanning et al. (2012), as metodologias ágeis têm um histórico de aumentar a eficiência do desenvolvimento, permitindo a entrega rápida de funcionalidades valiosas.
1.1. JUSTIFICATIVA
As bicicletas estão surgindo como uma solução para esta situação difícil. Elas não apenas reduzem a poluição da atmosfera, mas também promovem estilos de vida mais saudáveis, a igualdade de género e a utilização de energias mais limpas. Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) estabelecidos na Agenda 2030 exigem o uso de bicicletas. (CETESB, 2008)
Este estudo destaca como a bicicleta, tanto em sua fabricação quanto em seu uso cotidiano, representa um meio de transporte sustentável que ajuda a diminuir a poluição do ar, melhora a saúde pública, cria oportunidades econômicas e apoia a igualdade de gênero. Além disso, a bicicleta desempenha um papel importante na humanização do tráfego urbano e na redução da dependência de combustíveis fósseis, que muitas vezes estão associados a conflitos e guerras. (CETESB, 2008)
A criação do aplicativo para o monitoramento e apresentação de dados de ciclismo e energia sustentável desempenha um papel na promoção da mobilidade sustentável e na conscientização ambiental. Este aplicativo se baseia em pesquisas, como a de Fanning et al. (2012), que destacam o impacto positivo das ferramentas de monitoramento na promoção da atividade física e na mudança de comportamento. Ao coletar dados precisos sobre o desempenho dos ciclistas e a eficiência das bicicletas, o aplicativo capacita os usuários com informações valiosas sobre seu impacto ambiental e saúde, conforme evidenciado em pesquisas como a de Cowan et al. (2013). A apresentação intuitiva e acessível desses dados inspira os ciclistas a manterem suas práticas, estabelecer metas e acompanhar seu progresso ao longo do tempo, como destacado por estudos como o de Liu et al. (2019)
1.2. OBJETIVOS (GERAL E ESPECÍFICOS)
O objetivo geral desta pesquisa foi desenvolver um modelo de software para dispositivos móveis, que identifique, armazene e monitore os dados obtidos pela bicicleta.
Assim, os objetivos específicos são:
- Identificar as informações provenientes do processamento elétrico da bicicleta para posteriormente serem agrupados e tratados em um banco de dados.
- Desenvolver uma interface gráfica que seja amigável e de entendimento acessível para os usuários
- Desenvolver um sistema de coleta de dados elétricos da bicicleta, com o objetivo de criar uma interface interativa que permita aos usuários acompanhar em tempo real o desempenho e a eficiência do sistema elétrico da bicicleta.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para a revisão bibliográfica explicaremos detalhadamente os conceitos abordados:
Funcionamento de Circuitos:
Para compreender o funcionamento de circuitos elétricos, é essencial explorar princípios fundamentais da eletricidade. De acordo com Alexander e Sadiku (2016) em “Fundamentals of Electric Circuits,” um circuito elétrico é uma rede de componentes eletrônicos interconectados por condutores que permitem a passagem de corrente elétrica. Componentes como resistores, capacitores e transistores desempenham papéis distintos na manipulação da corrente e da tensão. A eficiência de um circuito, conforme destacado por Krein (2016) em “Elements of Power Electronics,” é crucial para a minimização de perdas de energia durante a conversão e transporte de eletricidade. A eficiência influencia diretamente na quantidade de energia útil disponível para realizar trabalho, como carregar dispositivos eletrônicos.
Desenvolvimento de Software:
O processo de criação de software envolve várias etapas, frequentemente seguindo abordagens ágeis. De acordo com Sommerville (2016) em “Software Engineering,” essas etapas incluem análise de requisitos, projeto, implementação, testes e manutenção. A metodologia ágil, conforme ressaltado por Schwaber e Sutherland (2017) no “The Scrum Guide,” é conhecida por sua flexibilidade e capacidade de se adaptar a mudanças ao longo do desenvolvimento. Isso é essencial para atender às necessidades do projeto de maneira eficiente e manter o software relevante e funcional em ambientes dinâmicos.
Figura 1 – Modelo em cascata de Sommerville
Fonte: Sommerville (2016)
Carregamento de bateria:
A recarga de baterias de dispositivos móveis, como smartphones, com energia limpa é uma prática que se alinha com a busca por fontes de energia sustentável.
De acordo com Nguyen, A., & Nguyen, H. (2018) em “Sustainable Mobile Charging System: Solar-Powered or Renewable Energy Sources,” a recarga de baterias de dispositivos móveis usando painéis solares e outras fontes de energia renovável está se tornando uma alternativa cada vez mais viável. Essa abordagem contribui significativamente para a redução das emissões de carbono e a minimização do impacto ambiental, como destacado nas Metas de Desenvolvimento Sustentável da ONU.
Além disso, a eficiência do circuito elétrico envolvido na conversão e armazenamento dessa energia renovável é crucial para otimizar a quantidade de energia disponível para carregar a bateria do celular. Isso se alinha com os princípios abordados por Krein (2016) em “Elements of Power Electronics”, onde a eficiência energética em circuitos é essencial para minimizar perdas durante a conversão de energia.
Funcionamento de um Dínamo na Bicicleta:
Um dínamo acoplado a uma bicicleta é um dispositivo que gera eletricidade a partir do movimento da roda da bicicleta, tornando-se uma fonte de energia autossuficiente. Esse sistema é frequentemente utilizado para alimentar luzes, faróis e dispositivos eletrônicos durante o ciclismo, proporcionando uma solução de carregamento autônoma.
A geração de eletricidade por um dínamo de bicicleta ocorre quando a roda gira, fazendo com que o rotor gire em conjunto. Isso cria um campo magnético variável em torno dos enrolamentos do estator, induzindo uma corrente elétrica nos enrolamentos, conforme estabelecido pela Lei de Faraday da Indução Eletromagnética (Smith, 2014).
No entanto, a potência gerada pelo dínamo está diretamente relacionada à velocidade da bicicleta. Quanto mais rápido o ciclista pedala, mais energia é gerada. (Johnson, 2015).
Figura 2 –Lei de Faraday
Fonte: https://www.todamateria.com.br/lei-de-faraday/
Resistência Shunt:
A resistência shunt é usada para desviar parte da corrente elétrica gerada pelo dínamo, garantindo que a corrente flua de maneira controlada no circuito. Isso ajuda a evitar danos ao dínamo e aos dispositivos elétricos conectados ao circuito (Brown, 2017).
Além de desviar parte da corrente, a resistência shunt também é essencial para medir a corrente total gerada pelo dínamo. A queda de tensão através da resistência é proporcional à corrente, permitindo que o app monitore a quantidade de energia gerada durante o passeio, o que será utilizado para o carregamento de dispositivos móveis (Clark, 2020).
NodeMCU ESP32:
O NodeMCU ESP32 é responsável por medir e registrar a corrente elétrica e outros parâmetros do sistema. Esses dados serão vitais para monitorar o desempenho do carregamento de baterias de celular e garantir um funcionamento eficaz do circuito (Krein, 2016).
Além de coletar dados, o NodeMCU ESP32 é capaz de se comunicar via Wi-Fi e enviar essas informações para o dispositivo. Isso permite que os ciclistas acessem informações em tempo real através do app, sobre a geração de energia e o status de carregamento de dispositivos, como a bateria do celular, enquanto estiverem em movimento (Smith, 2020).
Qualidade do ar:
A qualidade do ar desempenha um papel essencial na promoção da saúde humana e na sustentabilidade ambiental. De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), em 2015, a qualidade do ar é determinada pela presença de poluentes atmosféricos que, quando em excesso, podem causar impactos adversos na saúde, incluindo problemas respiratórios e cardiovasculares. Além disso, a poluição do ar contribui para as mudanças climáticas e a degradação do meio ambiente.
Tabela 1 – Estrutura do índice de qualidade do ar
| Qualidade | Índice | MP10 (µg/m3) 24h | MP2,5 (µg/m3) 24h | O3 (µg/m3) 8h | CO (ppm) 8h | NO2 (µg/m3) 1h | SO2 (µg/m3) 24h |
| N1 – Boa | 0 – 40 | 0 – 50 | 0 – 25 | 0 – 100 | 0 – 9 | 0 – 200 | 0 – 20 |
| N2 – Moderada | 41 – 80 | >50 – 100 | >25 – 50 | >100 – 130 | >9 – 11 | >200 – 240 | >20 – 40 |
| N3 – Ruim | 81 – 120 | >100 – 150 | >50 – 75 | >130 – 160 | >11 – 13 | >240 – 320 | >40 – 365 |
| N4 – Muito Ruim | 121 – 200 | >150 – 250 | >75 – 125 | >160 – 200 | >13 – 15 | >320 – 1130 | >365 – 800 |
| N5 – Péssima | >200 | >250 | >125 | >200 | >15 | >1130 | >800 |
Fonte: https://cetesb.sp.gov.br/ar/padroes-de-qualidade-do-ar/
No entanto, uma maneira eficaz de abordar esse desafio é através da utilização de fontes de energia sustentável. De acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) em 2018, a transição para fontes de energia limpa contribui para a redução da emissão de poluentes que afetam a qualidade do ar, proporcionando um ambiente mais saudável para as comunidades e apoiando a sustentabilidade a longo prazo. Portanto, a busca por energia sustentável está intrinsecamente ligada à melhoria da qualidade do ar e ao bem-estar da sociedade.
Energia e Transporte Limpo para Sustentabilidade:
A busca por fontes de energia limpa e transporte sustentável é essencial para a promoção da sustentabilidade ambiental. De acordo com as Metas de Desenvolvimento Sustentável da ONU (ODS), a transição para fontes de energia limpa é crucial para combater as mudanças climáticas. A bicicleta, como meio de transporte sustentável, é destacada por Pucher e Buehler (2011) em “Cycling to work in 90 large American cities” como um exemplo de transporte que contribui para a mobilidade urbana sustentável.
Figura 2 – Metas de Desenvolvimento Sustentável
Fonte: https://www.comciencia.br/o-que-e-agenda-2030-das-nacoes-unidas-e-quais-sao-os-objetivos-de-desenvolvimento-sustentavel/
Desenvolvimento:
No desenvolvimento do nosso projeto, planejamos fazer uso de uma variedade de ferramentas tecnológicas para atingir nossos objetivos. Isso incluirá ambientes de desenvolvimento integrados (IDEs) como o Visual Studio Code e o Android Studio, que nos auxiliarão na codificação e depuração de nosso software. Para gerenciar o controle de versões e a colaboração, contamos com plataformas como o GitHub, e para organização e divisão de tarefas utilizamos o Trello, para a busca de informações e documentos utilizamos o Google Acadêmico, todas essas ferramentas nos permitiram trabalhar de forma colaborativa e rastrear as mudanças no código. Essas ferramentas desempenharam um papel fundamental em todo o ciclo de desenvolvimento, desde a criação até a análise de dados, garantindo a eficiência e a qualidade do nosso projeto.
3. MATERIAIS E MÉTODOS (OU METODOLOGIA SE CORRESPONDE)
No presente trabalho realizamos o método experimental para a criação da bicicleta, já para o desenvolvimento do aplicativo, utilizamos metodologias ágeis.
O uso do método experimental para a criação de um circuito de energia utilizando um motor na bicicleta. Esta iniciativa busca desenvolver o circuito e possibilitar a criação do aplicativo que irá controlar e monitorar os dados do ciclista, como distância percorrida, porcentagem de energia carregada, entre outros.
Após a finalização do circuito, a equipe prosseguiu com o projeto de desenvolvimento do aplicativo necessário para controlar e monitorar os dados coletados pela bicicleta. Neste ponto, adotou-se a metodologia ágil, que enfatiza o planejamento e desenvolvimento do aplicativo. Segundo o Agile Manifesto, em 2021, a metodologia ágil é conhecida por sua flexibilidade e capacidade de se adaptar às mudanças no decorrer do desenvolvimento, o que é fundamental para atender às necessidades do projeto de maneira eficiente.
Os passos acima descritos foram utilizados para investigar a capacidade de criação de dados de nosso motor e desenvolvimento do aplicativo para coletar e analisar os sinais do motor.
Passaremos a discutir em itens os passos realizados para elaboração deste trabalho.
3.1. Método experimental
Tabela 2 – Tabela de fases método experimental
| Estágios | Esforço (1-10) | Tempo (Dias) |
| Identificação do objeto de estudo | 8 | 5 |
| Escolha de Componentes | 8 | 6 |
| Compreensão das Necessidades do Projeto | 4 | 2 |
| Seleção de Variáveis e Parâmetros | 5 | 6 |
| Criação do Circuito de Energia e Motor | 9 | 5 |
| Projeto Detalhado | 8 | 5 |
| Montagem e Testes | 10 | 7 |
O método experimental, conforme mencionado, consiste em uma série de passos bem definidos:
Identificação do Objeto de Estudo:
Nesse estágio, a equipe de pesquisa concentrou-se em definir o objeto de estudo, que é o desenvolvimento do circuito de energia para a bicicleta. Isso envolveu uma série de ações:
Escolha de Componentes: Selecionamos os componentes que seriam utilizados no circuito de energia, como baterias, controladores, conversores de energia e o próprio motor. A escolha desses componentes desempenha um papel na eficiência e funcionalidade do sistema.
Compreensão das Necessidades do Projeto: Uma compreensão das necessidades do projeto era imperativa. Isso envolveu a consideração de fatores como a potência exigida para o motor, a demanda de energia para carregar dispositivos móveis e a integração desses elementos na bicicleta.
Figura 3 – Representação gráfica do funcionamento do primeiro protótipo
Fonte: Autoral (2023)
Seleção de Variáveis e Parâmetros:
Com o objeto de estudo definido, o próximo passo foi identificar as variáveis e parâmetros que poderiam afetar o desempenho do motor e do circuito de energia no segundo protótipo. Algumas das variáveis que foram consideradas incluíram:
Potência do Motor: A potência do motor é um fator que determina a capacidade de movimentação da bicicleta e a geração de energia. (Watt, 1770)
Eficiência do Circuito: A eficiência do circuito influencia diretamente a quantidade de energia que é convertida de forma útil para carregar dispositivos. (Krein, 2016)
Criação do Circuito de Energia e Motor:
Com base nas variáveis identificadas, a equipe procedeu à criação do circuito de energia e à incorporação do motor à bicicleta. Este foi um processo que envolveu as seguintes etapas:
Projeto Detalhado: Um projeto detalhado foi desenvolvido com base nas especificações e requisitos identificados anteriormente. Isso incluiu a disposição dos componentes, o dimensionamento dos cabos, a integração dos dispositivos de controle e a seleção de um motor apropriado.
Montagem e Testes: Após o projeto, a montagem do circuito e a integração do motor foram realizadas. Testes foram conduzidos para garantir que o sistema funcionasse conforme o planejado e atendesse aos critérios de eficiência e desempenho.
Figura 4 – Fluxograma do segundo protótipo
Fonte: Autoral (2023)
Detalhamento das peças e componentes utilizados:
Integração NodeMCU ESP32:
No circuito de carregamento de baterias de celular incorporamos o NodeMCU ESP32, que desempenha um papel fundamental na aquisição de dados e na transmissão dessas informações para o dispositivo via conexão Wi-Fi.
Esse processo de identificação do objeto de estudo, seleção de variáveis e criação do circuito de energia e motor são passos para o desenvolvimento da bicicleta. Eles demonstram a necessidade de uma abordagem sistemática e controlada para a resolução de problemas, garantindo que o projeto atenda aos seus objetivos. A partir deste ponto, a integração do aplicativo e a otimização do sistema se tornaram a próxima fase do projeto.
Após a elaboração do segundo protótipo, identificamos áreas de aprimoramento que direcionaram as melhorias para a segunda etapa do projeto:
- Eficiência da Geração de Carga: Constatamos que a carga gerada pelo dínamo até o carregador veicular era insuficiente para garantir um desempenho ideal do dispositivo em teste.
- Gestão de Picos de Tensão: Observamos que os picos de tensão provenientes do dínamo não eram devidamente filtrados pelo carregador veicular, representando uma ameaça potencial ao circuito de carga do dispositivo.
- Limitações do Carregador Veicular: Detectamos que o uso do carregador veicular restringia a capacidade de medição do consumo pelo ESP, tanto em termos de tensão quanto de corrente, devido à natureza do circuito fechado.
Diante dessas considerações, iniciamos o desenvolvimento de um segundo protótipo, incorporando as seguintes diretrizes para assegurar um circuito eficiente e economicamente viável:
- Sensores Compatíveis com Sistemas Embarcados: Optamos por sensores de medição de tensão e corrente que fossem módulos compatíveis com sistemas embarcados. Essa escolha não apenas reduz os custos, mas também agrega praticidade, facilitando o cumprimento do cronograma do projeto.
- Circuitos Essenciais: Integramos um circuito de retificação para aproveitar os ciclos positivo e negativo do dínamo, um circuito de filtragem para atenuar os picos de tensão gerados pelo dínamo, e um circuito regulador de tensão para estabilizar a voltagem em um nível adequado para a carga de outros dispositivos.
Visando estes pontos, desenvolvemos o segundo protótipo:
Figura 5 – Representação gráfica do funcionamento do segundo protótipo
Fonte: Autoral (2023)
Considerando o aprimoramento do novo circuito, a energia gerada inicialmente como tensão alternada (AC) pelo dínamo passa por um processo crucial denominado retificação. Nesse estágio, uma ponte de diodos é empregada para converter o ciclo negativo da senoide em ciclo positivo, otimizando assim a eficiência na utilização da energia gerada (Malvino, 2011). A figura abaixo oferece uma representação visual desse processo:
Figura 6 – Filtro a Capacitor para Retificador de Onda Completa
Fonte: https://everton.eng.br/pages/Battery%20charger/pdfs/2__Circuitos_Retificadores.pdf (2023).
Como demonstrado na imagem, um sinal senoidal é recebido na entrada da ponte de diodos, passa por uma conversão para um sinal DC variável, é refinado após atravessar o capacitor de filtro, resultando em um sinal próximo ao nível DC contínuo.
Após os estágios de retificação e filtragem, o circuito é direcionado ao regulador de tensão. Este componente desempenha o papel de eliminar qualquer tensão excedente na entrada, fornecendo uma saída de tensão fixa. Para alcançar isso, converte a diferença de tensão excedente em potência térmica, dissipando-a no ambiente. Dada a natureza desse processo de transformação, é imperativo monitorar os limites dos componentes utilizados no circuito durante o projeto (Rehman, 2019). A figura abaixo ilustra o funcionamento do regulador LM7805, um componente amplamente empregado no mercado em diversos circuitos:
Figura 7 – Fonte Fixa +5V Regulada com Retificador de Onda Completa e Filtro
Fonte: https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/2—ci-reguladores-de-tensao—v1.0.pdf (2009)
Com a conclusão do estágio de regulação, a saída está pronta para alimentar a carga.
Após a etapa de regulação, é indispensável implementar um sistema de monitoramento de tensão e corrente direcionado à carga. O ESP32, munido de dois sensores dedicados, desempenha essa função. Para a medição de corrente, adotamos o módulo ACS712, capaz de medir corrente contínua e alternada por meio do efeito Hall. Esse sensor, ao medir baixos valores, mantém a entrada do microcontrolador isolada, mitigando riscos (Babiuch, 2019). A figura abaixo esquematiza o funcionamento do sensor ACS712:
Figura 8 – Princípio de Efeito Hall no Sensor ACS712
Fonte: https://www.usinainfo.com.br/blog/projeto-medindo-corrente-com-o-sensor-acs712-e-o-arduino/ (2022).
Conforme ilustrado, a corrente atravessa o sensor, gerando um campo magnético que induz uma corrente lida e amplificada dentro do módulo. Esse valor, convertido em tensão, é enviado a uma porta analógica do microcontrolador para processamento e identificação da quantidade de corrente circulante pelo sensor.
Para medir a tensão, desenvolvemos um simples circuito divisor de tensão. A utilização de dois resistores de precisão conectados em série, em paralelo com a fonte, permite redirecionar o valor da fonte para o microcontrolador com uma redução proporcional, protegendo assim as entradas do dispositivo contra picos inesperados. Ao empregar dois resistores iguais, o valor redirecionado é equivalente à metade do valor de entrada (Smutný, 2019). A Figura 7 a seguir ilustra o comportamento dos resistores e a obtenção da referência da saída:
Figura 9 – Divisor de Tensão com Resistores
Fonte: https://pt.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysis-topic/ee-resistor-circuits/a/ee-voltage-divider (2023).
Na programação do ESP32, é fundamental considerar a integração de ambos os sensores durante a montagem do sistema. A leitura da tensão é realizada na porta A0 do ESP32, enquanto o sensor de corrente é conectado à porta A17.
O acesso aos dados é facilitado por meio da abertura de um Portal WiFi no ESP32, utilizando a funcionalidade de Ponto de Acesso (Access Point) da plataforma embarcada. Ao utilizar essa função, uma rede WiFi é criada, com um nome e senha definidos pelo programador. Essa rede pode ser acessada por dispositivos como smartphones ou laptops. Ao inserir o IP do equipamento no navegador, é possível visualizar uma página como a exemplificada abaixo:
Figura 10 – Página de Acesso aos Dados dos Sensores
Fonte: Autoral (2023)
3.2. Metodologia Ágil
Tabela 3 – Tabela de fases metodologia ágil
| Estágio | Esforço (1-10) | Tempo (Dias) |
| Definição do Escopo | 8 | 6 |
| Metodologia Ágil | 8 | 6 |
| Priorização de Tarefas | 6 | 3 |
| Desenvolvimento Iterativo | 7 | 10 |
| Testes Contínuos | 8 | 7 |
| Iterações Sucessivas | 6 | 5 |
Desenvolvimento do Aplicativo com Metodologias Ágeis:
Definição do Escopo: Inicialmente, a equipe de desenvolvimento definiu o escopo do aplicativo, determinando a linguagem Flutter como a principal, as IDEs que utilizaremos, Visual Studio Code e Android Studio, além de quais funcionalidades seriam úteis para a integração bem-sucedida com a bicicleta. Isso inclui recursos como monitoramento de energia gerada, visualização de dados em tempo real e a capacidade de controlar a carga de dispositivos.
Metodologia Ágil: A metodologia ágil, como o Scrum ou o Kanban, foi adotada para o desenvolvimento do aplicativo. Isso envolveu a divisão do projeto em iterações curtas, geralmente chamadas de “sprints” no Scrum, nas quais funcionalidades específicas eram planejadas, desenvolvidas e testadas.
Priorização de Tarefas: A equipe priorizou tarefas com base nas principais funcionalidades, foram desenvolvidas primeiro e que o aplicativo fosse aprimorado ao longo do tempo.
Figura 11 – Primeiro quadro Kanban criado
Fonte: Autoral (2023)
Desenvolvimento Interativo: O desenvolvimento do aplicativo ocorreu de forma iterativa. A cada sprint, novas funcionalidades foram adicionadas e o aplicativo era aprimorado.
Testes Contínuos: Os testes eram uma parte do processo ágil. Isso incluiu testes de unidade, testes de integração e testes de aceitação para garantir que o aplicativo funcionasse e atendesse aos requisitos definidos.
Iterações Sucessivas: Com base no feedback e nos resultados dos testes, nós fizemos iterações sucessivas do aplicativo. Isso incluiu refinamentos nas funcionalidades existentes e a adição de novas funcionalidades.
Ao seguir uma abordagem ágil, a equipe conseguiu criar um aplicativo que se adaptava às necessidades. A metodologia ágil permitiu flexibilidade, respostas rápidas a desafios e uma entrega mais eficiente do software, garantindo uma integração entre o motor, o circuito de energia e o aplicativo.
Aliados a metodologia ágil, estivemos comprometidos com o desenvolvimento do nosso projeto utilizando o framework Flutter. Desenvolvido pela Google, segundo o site oficial, é conhecido por sua capacidade de criar aplicativos multiplataforma de alto desempenho com uma única base de código. A abordagem “escreva uma vez, rode em qualquer lugar” que o Flutter oferece nos permitirá alcançar mais plataformas, atendendo a diversos sistemas operacionais, como Android e iOS. Além disso, a biblioteca de widgets personalizáveis do Flutter e a sua comunidade ativa de desenvolvedores nos fornecem as ferramentas para criar interfaces de usuário. O uso dessa linguagem simplifica o processo de desenvolvimento, reduz tempo gasto, e nos permite focar na entrega de um aplicativo multiplataforma.
Figura 12 – Desenvolvimento em Flutter no VS Code
Fonte: https://jmvstream.com/pt-br/developer/crie-aplicacoes-com-flutter-aprenda-mais-com-a-hospedagem-de-video/ (2023)
Nossa abordagem de desenvolvimento se baseia no uso de duas IDEs: o Visual Studio Code e o Android Studio. Segundo a documentação oficial, o Visual Studio Code é amplamente reconhecido por sua versatilidade e extensibilidade, permitindo que nossa equipe personalize o ambiente de trabalho de acordo com suas preferências e necessidades. Com uma vasta gama de extensões disponíveis, podemos aprimorar nossa produtividade e eficiência na codificação, bem como integrar ferramentas de controle de versões para um desenvolvimento colaborativo eficaz.
O Android Studio, como a IDE oficial para o desenvolvimento de aplicativos Android, fornece uma integração perfeita com o ecossistema Android, como informado no site oficial. Isso garante que possamos otimizar nossa aplicação para funcionar de forma eficiente e consistente em dispositivos Android. Além disso, o Android Studio oferece emuladores que facilitam os testes em diversos dispositivos, garantindo que nosso aplicativo atenda aos mais altos padrões de desempenho e qualidade.
A escolha do Visual Studio Code e do Android Studio como nossas IDEs reflete nosso compromisso em utilizar ferramentas que aprimoram a capacidade de desenvolver um aplicativo que atenda aos requisitos descritos.
Aplicativo com Flutter
Planejamento:
Antes de começarmos a codificar, certificamo-nos de entender completamente os requisitos da aplicação. Identificamos os recursos necessários, definimos a arquitetura geral e entendemos as funcionalidades essenciais. Considerando que o Flutter é conhecido por ser uma ferramenta poderosa para desenvolver aplicativos nativos para iOS e Android a partir de um único código-base, planejamos como tirar vantagem dessa característica.
Configuração do Ambiente de Desenvolvimento:
Garantimos que nosso ambiente de desenvolvimento Flutter estava configurado corretamente. Isso envolveu a instalação do Flutter SDK, a escolha de um editor de código (optamos pelo Android Studio) e a configuração de emuladores do Android para testar o aplicativo.
Estrutura do Projeto:
Organizamos nosso projeto de forma clara e modular. Dentro do contexto de uma aplicação monolítica, todos os componentes, telas e recursos compartilharam o mesmo repositório. Organizamos o código-fonte em pastas lógicas, como screens, widgets, models e services.
Design de Interface do Usuário (UI):
Utilizamos o Flutter para criar uma UI atraente e responsiva. Aproveitamos os widgets ricos que o Flutter oferece para facilitar a criação de interfaces intuitivas e bonitas. Certificamo-nos de adaptar o design para funcionar bem em diferentes tamanhos de tela e orientações.
Antes do desenvolvimento oficial, optamos por criar um desenho gráfico apresentando as principais telas do aplicativo conforme podemos ver abaixo:
Figura 13 – Desenho da tela inicial do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
A tela de boas-vindas é a primeira impressão que os usuários têm do nosso aplicativo, e por isso dedicamos especial atenção aos detalhes para proporcionar uma experiência memorável aos usuários.
No centro da tela, recebemos os usuários com uma interface limpa e moderna. Contendo as seguintes opções para visualizar: “Quilowatts Coletados”, “Camada de Ozônio”, “Bateria Carregada”, “Distância Percorrida”, “Meta do Carregamento” e a “Meta da Distância”.
Utilizando a versatilidade do Flutter, criamos elementos visuais atraentes e responsivos, garantindo uma experiência consistente em uma variedade de dispositivos. O layout intuitivo guia os usuários de forma natural pelos recursos principais do aplicativo, tornando a navegação uma experiência intuitiva.
Figura 14 – Desenho da tela de “Menu” do Aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
O menu é o epicentro da usabilidade, oferecendo aos usuários um ponto central para acessar todas as funcionalidades essenciais de forma organizada e eficiente.
A organização dos itens do menu foi estrategicamente pensada, priorizando as ações mais relevantes e frequentemente utilizadas, sendo elas, a opção “Quem somos” e “Definir metas”.
Além disso, garantimos que o menu seja facilmente acessível a partir de qualquer ponto do aplicativo, proporcionando uma experiência de usuário contínua e sem interrupções.
Figura 15 – Desenho da tela “Definir Metas” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
Esta tela é fundamental para inspirar os usuários a estabelecerem objetivos pessoais e acompanhar seu progresso de maneira motivadora e eficaz.
Contendo as opções “Meta de carregamento” e “Meta de distância”, a experiência de usuário foi otimizada para encorajar a exploração e a definição de metas de forma intuitiva, adaptando-se ao estilo e preferências individuais dos usuários.
Figura 16 – Desenho da tela “Sobre nós” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
A tela “Sobre Nós” do nosso aplicativo mobile é uma janela para a identidade e valores que impulsionam o projeto, onde compartilhamos informações essenciais sobre a equipe, a missão e os valores por trás da criação do aplicativo.
Projetada para ser informativa e envolvente, esta tela visa construir uma conexão significativa entre os usuários e a equipe por trás do aplicativo.
Otimização de Desempenho:
Analisamos o desempenho do aplicativo e o otimizamos conforme necessário. Isso incluiu a redução de chamadas de API desnecessárias, a otimização de imagens e a implementação de práticas recomendadas de Flutter.
Empacotamento e Distribuição:
Preparamos nosso aplicativo para distribuição, compilando o código para a plataforma desejada (Android), isso significou um arquivo APK.
Manutenção Contínua:
Após o lançamento, focamos na manutenção contínua. Resolvemos bugs, adicionamos novos recursos e mantivemo-nos atualizados com as versões mais recentes do Flutter e suas dependências. Desenvolver uma aplicação monolítica em Flutter foi uma abordagem eficaz para criar aplicativos de alta qualidade, e a flexibilidade do Flutter e a comunidade ativa tornaram o processo mais suave.
5. Resultados e Discussão
Realizamos testes unitários da aplicação para garantir que ela estava funcionando conforme esperado. O Flutter possui ferramentas integradas para teste, como o flutter test.
Eficiência no Desenvolvimento:
A escolha do Flutter como framework de desenvolvimento provou ser eficiente, permitindo a criação de uma aplicação que funciona de maneira consistente em ambas as plataformas, iOS e Android. Isso resultou em economia de tempo e recursos, já que não foi necessário desenvolver e manter dois códigos separados.
Organização Modular do Código:
A estruturação do projeto em pastas lógicas, como screens, widgets, models e services, facilitou a manutenção e compreensão do código. A abordagem monolítica não comprometeu a organização, permitindo uma gestão eficiente dos componentes da aplicação.
No geral, o desenvolvimento da aplicação monolítica em Flutter proporcionou uma experiência de aprendizado significativa e demonstrou a eficácia dessa abordagem para a criação de aplicativos multiplataforma utilizando o Android Studio. Os resultados obtidos destacam a versatilidade do Flutter e a capacidade de proporcionar uma experiência de usuário consistente e de alta qualidade.
Abaixo apresentaremos as imagens do app construído e finalizado:
Figura 17 – Tela “Principal” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
Figura 18 – Tela “Menu lateral” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
Figura 19 – Tela “Definir metas” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
Figura 20 – Tela “Quem somos” do aplicativo
Fonte: Autoral (2023)
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS/CONCLUSÕES
Em resumo, o aplicativo mobile desenvolvido em Flutter, integrado a um circuito que converte a energia gerada por uma bicicleta em eletricidade, representa não apenas uma conquista tecnológica, mas uma contribuição para a sustentabilidade. Ao unir mobilidade e tecnologia, a solução oferece uma abordagem criativa para incentivar a adoção de práticas mais ecológicas. Espera-se que essa iniciativa inspire a integração de inovações similares, promovendo um estilo de vida mais sustentável e consciente do impacto ambiental.
Neste contexto, a conclusão deste trabalho destaca a ideia de que a tecnologia, quando direcionada para objetivos sustentáveis, pode desempenhar um papel crucial na busca por soluções ambientais.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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