PythonCamarVolt | Sistema de Monitoramento de Energia Elétrica (SMEE)
- Projeto: CamrVolt | SMEE Medidor de Gasto Elétrico
- Disciplina: Engenharia de Software / IoT
- Docente: Prof. Luís Camargo
- Nome dos Integrantes da Equipe: Gustavo Henrique, Ícaro Botelho, Maruan Biasi, Rafael Pereira, Ricardo Falcão Schlieper
Histórico de Atualização
| Atividades | Responsáveis | Data | Observações |
|---|---|---|---|
| Adequação Template | Camargo | 03/09/2025 | Ajustes e Inserção do Contexto |
| Entrega 1 | Equipe CamarVolt | 10/09/2025 | Seção 1 |
| Entrega 2 | Equipe CamarVolt | 24/09/2025 | Seções 2, 3 e 4 |
| Entrega 3 | Equipe CamarVolt | 15/10/2025 | Correções e finalização do Template |
| Entrega 4 | Equipe CamarVolt | 29/10/2025 | Correções e adições ao Template |
Sumário
- Introdução
1.1 Objetivo deste documento
1.2 Escopo do produto
1.3 Visão geral deste documento - Descrição geral do produto/protótipo
- Contexto para Produto/Protótipo
- Requisitos do Produto/Protótipo
- Artefatos do Produto/Protótipo
- Considerações Finais
- Apêndices (evidências de Implementação)
1. Introdução
1.1 Objetivo deste documento
Este documento tem como objetivo apresentar a especificação e detalhamento do protótipo CamarVolt | Tomada medidora de gastos, um projeto de IOT. Serão descritos seus objetivos, escopo, funcionalidades e requisitos principais, de forma a orientar o desenvolvimento do dispositivo e sua integração com as camadas de software e hardware necessárias. A documentação visa servir como guia de referência tanto para a equipe de desenvolvimento quanto para validação acadêmica e técnica do projeto.
1.2 Escopo do produto
1.2.1 Nome do produto/protótipo e de seus componentes principais
O produto é criado pela "Equipe CamarVolt" e se chama "Tomada medidora de gastos". Seus principais componentes são:
- Adaptador de tomada inteligente: Dispositivo físico que mede parâmetros elétricos relacionados ao consumo.
- Módulo de conectividade IoT: Microcontrolador responsável pela coleta, processamento inicial e envio dos dados para o servidor.
- Servidor: Software responsável por receber, armazenar e processar definitivamente os dados.
- Dashboard: Interface gráfica na web para visualização do consumo, relatórios e alertas.
1.2.2 Missão do produto/protótipo
A missão do CamarVolt é proporcionar monitoramento acessível, confiável e em tempo real do consumo de energia elétrica em residências, auxiliando o usuário a compreender seus padrões de uso, identificar desperdícios e reduzir gastos. O protótipo busca facilitar o controle de consumo por meio de uma interface web fácil de utilizar, permitindo ao usuário maior conhecimento sobre seus gastos, possibilitando-o a tomar decisões mais conscientes sobre sua utilização de energia.
1.3 Visão geral deste documento
-
Seção 2: apresenta-se a descrição geral do protótipo e de suas funcionalidades;
-
Seção 3: é discutido o contexto do produto, incluindo ambiente de uso, público-alvo e restrições;
-
Seção 4: encontram-se os requisitos funcionais, não funcionais, de hardware, software e plataformas;
-
Seção 5: são descritos os artefatos do projeto, como diagramas e modelos;
-
Seção 6: cada integrante da equipe apresenta suas considerações finais;
-
Seção 7: são disponibilizadas evidências de implementação, como códigos e registros experimentais.
2. Descrição geral do produto/protótipo
A Tomada medidora de gastos SMEE é um sistema e produto IoT que coleta dados de tensão, corrente e potência, transmitindo-os via microcontrolador e wi-fi para um servidor central, que utilizando NodeJS, processa os dados, salvando-los em um banco de dados PostgreSQL e exibindo-os para o usuário final atravès de um website com dashboard.
3. Contexto para Produto/Protótipo
O CamarVolt será constituído por dois elementos principais: o aparelho adaptador de tomada inteligente e o servidor de processamento e visualização de dados.
Ambiente de uso
O aparelho será instalado diretamente em tomadas padrão brasileiro (2P+T), funcionando como um adaptador entre a tomada da parede e o dispositivo conectado. O protótipo foi projetado para uso em residências, onde o monitoramento de consumo de energia elétrica é relevante.
Usuários
Residenciais: moradores que desejam acompanhar e reduzir gastos de energia.
Fluxo de interação
O aparelho adaptador coleta informações de corrente elétrica através do sensor ZMCT103C, processa localmente com o módulo Wemos ESP8266 e transmite os dados via rede Wi-Fi. Os dados são enviados de forma segura para o servidor central, que pode estar hospedado localmente em um computador ou em uma plataforma em nuvem (AWS, Azure, Oracle, etc.). O servidor recebe os dados, armazena-os em um banco de dados e processa os valores de consumo. O dashboard web permite que os usuários visualizem consumo em tempo real, relatórios históricos e valores calculados de custo de energia. Presets regionais (como tarifa de energia elétrica em Joinville) podem ser utilizados, além de valores customizados fornecidos pelo usuário.
Restrições físicas e de design
O adaptador não deve ultrapassar 10 cm em profundidade nem 5 cm em largura/altura em relação à tomada. O aparelho deve ser visualmente semelhante a adaptadores tradicionais, não podendo conter aparência ofensiva. Materiais e design devem reduzir risco de fogo e evitar choques elétricos.
Plataformas de desenvolvimento
Para prototipagem, serão utilizados equipamentos de soldagem, protoboard, cabos jumper e ferramentas de programação (ex.: VSCode + NodeJS). O firmware será gravado no ESP8266 através de cabo USB e ambiente de desenvolvimento compatível (Arduino IDE ou PlatformIO).
Segurança e confiabilidade
A comunicação entre aparelho e servidor deve ser criptografada. O servidor deve tratar múltiplos dispositivos simultaneamente, sem perda ou desintegração de dados. Tanto o aparelho quanto o servidor devem operar continuamente, utilizando apenas energia fornecida pela tomada (no caso do aparelho).
Diagrama de Caso de Uso
Modelo C4 Geral
Modelo C4 do Aparelho SMEE
Modelo C4 do Servidor WEB
4. Requisitos do Produto/Protótipo
Requisitos Funcionais (RF)
-
RF01: Medir tensão, corrente, potência e fator de potência a cada 10 segundos.
-
RF02: Calcular e armazenar o consumo total em kWh.
-
RF03: Exibir gráficos e relatórios no dashboard.
-
RF04: Gerar alertas em caso de sobrecarga ou consumo anormal.
-
RF05: Permitir exportação dos dados em CSV/JSON.
-
RF06: Conectar-se a redes Wi-Fi disponíveis.
-
RF07: Enviar dados de consumo para o servidor central em tempo real.
-
RF08: Calcular valores de gasto em energia elétrica a partir de custos inseridos pelo usuário.
-
RF09: Oferecer presets de custo de energia elétrica (ex.: tarifa padrão de uma cidade).
-
RF10: Medir correntes de até 30 amperes no máximo.
Requisitos Não Funcionais (RNF)
-
RNF01: O sistema deve ter disponibilidade mínima de 99%.
-
RNF02: O tempo de resposta dos dados deve ser inferior a 5 segundos.
-
RNF03: Todos os dados transmitidos devem ser criptografados (TLS).
-
RNF04: O sistema deve armazenar dados históricos por pelo menos 12 meses.
-
RNF05: O dispositivo não deve exceder 10 cm de protrusão da tomada (em ângulo reto).
-
RNF06: O dispositivo não deve exceder 5 cm de protrusão nas direções paralelas à tomada.
-
RNF07: O design deve inibir ou reduzir risco de incêndio e choques elétricos.
-
RNF08: O dispositivo não pode ter aparência ofensiva nem nomes inadequados.
Requisitos de Hardware
-
Sensore de corrente: AC 30A SCT-013-030 Não Invasivo
-
Módulo medidor de energia PZEM-004T.
-
Microcontrolador ESP32 ou Wemos ESP8266 (CH340G).
-
Fonte de alimentação estabilizada 5V 1A.
-
Diodo de proteção.
-
Protoboard para prototipação.
-
Fios diversos e cabos jumper (macho-macho, macho-fêmea, fêmea-fêmea).
-
Equipamentos de soldagem (ferro de solda, estanho, suporte com garras, EPI de segurança).
Requisitos de Software
-
Firmware em C++ (Arduino IDE / ESP-IDF).
-
Node JS (processamento de dados e interface).
Requisitos de Plataforma (IoT)
-
Mesa para prototipação.
-
Tomada elétrica padrão brasileiro (2P+T).
-
Computador com acesso a IDE de programação (Arduino IDE / VSCode).
-
Cabo USB para gravação do firmware.
-
Ambiente de desenvolvimento com Node.js e VSCode.
Requisitos de Plataforma (Servidor)
- Computador local dedicado ou instância em nuvem (AWS, Azure, Oracle, etc.).
Diagrama de Hierarquia de Requisitos
Diagrama de Atividade
Diagrama de Blocos IOT
Mockup Interface Dashboard WEB
Mockup do Sensor em Funcionamento
5. Artefatos do Produto/Protótipo
- Visão de Usabilidade (aplicação mobile) – Mockup (se necessário)
- Visão Arquitetural – Arquitetura do Produto
- Visão Estrutural – Diagrama de Blocos (IoT)
- Visão Comportamental – Diagramas de Sequência ou Máquina de Estados ou Diagrama de Atividades
6. Inventário
Disponibilidade de Componentes de Hardware
A camada física do projeto CamarVolt encontra-se totalmente estruturada e com todos os componentes de hardware disponíveis para montagem e integração. Os itens foram cuidadosamente selecionados de acordo com as necessidades do sistema, contemplando sensores, atuadores, dispositivos de controle e elementos de proteção elétrica.
Entre os principais componentes disponíveis destacam-se: o microcontrolador ESP32 DevKit V1, responsável pelo processamento central e comunicação Wi-Fi/Bluetooth; o sensor de corrente não invasivo SCT-013, utilizado para a medição de corrente alternada; além de relés de 5V, transistores 2N2222, e resistores e capacitores de diversas faixas de valores, empregados no condicionamento e filtragem de sinais.
Complementam o conjunto protoboards, fontes de alimentação ajustáveis MB-102, fusíveis de proteção, porta-fusíveis, LEDs indicadores (verdes e vermelhos, comuns e de alto brilho), e chaves tácteis e gangorras para acionamento e controle manual.
Todos os componentes foram devidamente conferidos e encontram-se em estado operacional, permitindo a implementação integral do circuito proposto. A aquisição dos recursos foi realizada pelos próprios acadêmicos, garantindo autonomia no desenvolvimento e flexibilidade na montagem dos protótipos em bancada.
Dessa forma, a camada física do CamarVolt está completa e funcional, possibilitando o prosseguimento das etapas de integração de hardware, testes de comunicação e validação das funcionalidades do sistema IoT.
Tabela de Componentes — CamarVolt
| Nº | Componente | Descrição | Quantidade |
|---|---|---|---|
| 1 | Microcontrolador ESP32 DevKit V1 Wroom | CPU Wi-Fi/BLE do projeto (IoT). | 1 |
| 2 | Sensor de Corrente Não Invasivo 100A SCT-013 | Medição de corrente AC por transformador de corrente. | 1 |
| 3 | Cabo Rígido Preto 22 AWG (0,30mm) | Condutor rígido para ligações estruturadas em bancada. | 2 m |
| 4 | Capacitor Cerâmico 100nF / 50V | Desacoplamento próximo a CIs e filtros RC. | 5 |
| 5 | Capacitor Cerâmico 10nF / 50V | Filtragem de alta frequência e temporizações curtas. | 2 |
| 6 | Capacitor Eletrolítico 10uF / 16V | Suavização de alimentação em baixa tensão. | 5 |
| 7 | Capacitor Eletrolítico 10uF / 25V | Reserva de energia em linhas até 25V. | 2 |
| 8 | Capacitor Eletrolítico 10uF / 35V | Filtragem em linhas de maior margem de tensão. | 2 |
| 9 | Chave Gangorra KCD1-101 (2 Terminais) | Liga/Desliga geral do sistema em painel. | 1 |
| 10 | Chave Táctil 6x6x4,3mm (2 Terminais) | Acionamento momentâneo compacto. | 1 |
| 11 | Chave Táctil 6x6x5mm (4 Terminais) | Táctil estável em protoboard/PCB. | 1 |
| 12 | Diodo 1N4007 | Retificação/roda-livre até 1000V/1A. | 3 |
| 13 | Diodo 1N4148 | Comutação rápida e proteção de sinal. | 10 |
| 14 | Fonte Ajustável Para Protoboard MB-102 | Alimentação 3,3/5V diretamente na MB-102. | 1 |
| 15 | Fusível de Vidro 5x20 — 10A 250V | Proteção contra sobrecorrente. | 10 |
| 16 | LED Difuso 5mm Verde | Indicação de status/energia. | 2 |
| 17 | LED Difuso 5mm Vermelho | Indicação de alerta/falha. | 2 |
| 18 | LED de alto brilho 5mm Verde | Alto brilho para visibilidade à distância. | 1 |
| 19 | LED de alto brilho 5mm Vermelho | Alto brilho para avisos. | 1 |
| 20 | Porta Fusível 5x20 — AS-06 | Suporte para fusível de vidro padrão 5x20. | 1 |
| 21 | Protoboard 830 Pontos | Matriz de contatos para prototipagem sem solda. | 1 |
| 22 | Relé 5V — 2 Posições — 250V 10A | Chaveamento de cargas AC/DC por controle lógico. | 1 |
| 23 | Resistor 100R 5% (1/4W) | Limitador de corrente e divisores. | 2 |
| 24 | Resistor 10K 5% (1/4W) | Pull-ups, divisores e filtros gerais. | 10 |
| 25 | Resistor 220R 5% (1/4W) | Proteção de LEDs/entradas. | 2 |
| 26 | Resistor 330R 5% (1/4W) | LEDs e ajustes de corrente. | 5 |
| 27 | Resistor 33R 5% (1/4W) | Dampers/limitadores em linhas rápidas. | 10 |
| 28 | Resistor 470R 5% (1/4W) | LEDs, interfaces e pequenas cargas. | 2 |
| 29 | Transistor NPN 2N2222 | Acionamento de relé/pequenas cargas. | 2 |
7. Considerações Finais
<cada estudante integrante da equipe publica na entrada projeto as suas considerações finais a respeito da execução deste Projeto, como: lições aprendidas, importância do projeto, dificuldades encontradas, conhecimentos adquiridos>
8. Apêndices (evidências de Implementação)
- Código Fonte do produto (link repositório remoto) ou trechos desse código
📘 Engenharia de Software – Disciplina IoT
S.I.A.S.