Arquitetura e Rquisitos do Subsistema de Software

Arquitetura do Subsistema de Software

O projeto Aquamático, do ponto de vista de Software, se baseia num Aplicativo Mobile que irá auxiliar o usuário no monitoramento e controle do aquário. No aspecto de monitoramento, o App será capaz de informar ao usuário a temperatura, o valor do pH e o nível da água do aquário. No aspecto de controle, o usuário poderá acionar e agendar a alimentação do peixe e a troca parcial de água (TPA) do aquário, além de controlar a itensidade da luz no aquário.

A arquitetura do software é o elemento que define a organização e a comunicação entre as entidades a serem desenvolvidas no produto de software do projeto Aquamático. Vale ressaltar que o subsistema de software do projeto se relaciona diretamente com o subsistema eletroeletrônico, que está representando pela ESP32 no digrama de arquitetura.

Por meio do diagrama abaixo, é possível visualizar os componentes e os relacionamentos entre eles dentro desse sistema de software.

Diagrama de arquitetura - PC1

Figura 81 – Diagrama de arquitetura - PC1. Fonte: Autioria Propria

Diagrama de arquitetura - PC2

Figura 81.1 – Diagrama de arquitetura - PC2. Fonte: Autioria Propria

Tecnologias utilizadas

• Expo: Com base em React Native, o Expo oferece um conjunto completo de ferramentas e recursos que simplificam o processo de desenvolvimento e prototipação, possibilitando a criação de apps para Android, iOS e Web com uma única base de código.

• Frontend: Inspirado no framework JavaScript React, o React Native oferece uma experiência de desenvolvimento multi-plataforma e nativa para os desenvolvedores front-end, voltada para o desenvolvimento de aplicativos mobile.

• Paho-MQTT: A biblioteca Paho-MQTT é uma implementação popular do protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). No contexto deste projeto, o Paho-MQTT será responsável por promover a troca de mensagens entre o aplicativo e o microcontrolador ESP32, permitindo assim a coleta e o controle dos dados em tempo real.

• Comunicação com microcontrolador: A comunicação entre o App e o microcontrolador ESP32 é o ponto de contato entre o subsistema eletroeletrônico e subsistema de software. Essa comunicação será realizada pelo protocolo MQTT. O MQTT é um protocolo de mensagens leve e eficiente, ótimo para a transmissão de dados em sistemas envolvendo microcontroladores e sistemas de software em uma rede Wi-fi. Este protocolo será utilizado para trafegar informações dos sensores, conectados à ESP32, para o App. Deve ser utilizado um Broker MQTT para realizar o intermédio da comunicação MQTT entre as entidades, nesse caso utilizaremos o Hive MQ Broker.

Funcionamento

1. Início do Aplicativo:

• O aplicativo React Native é iniciado no dispositivo móvel, carregando a interface do usuário e inicializando o ambiente com o Expo.
• A biblioteca Paho-MQTT é importada no código do aplicativo.

2. Conexão com o Broker MQTT:

• Através da biblioteca Paho-MQTT, o aplicativo se conecta ao broker MQTT na rede local.
• Uma conexão TCP é estabelecida entre o aplicativo e o broker.

3. Assinatura de Tópicos:

• O aplicativo se inscreve em tópicos específicos no broker MQTT para a recepção dos dados dos sensores de temperatura, pH e nível da água.
• Esses tópicos representam os dados que o microcontrolador enviará ao broker.
• Ao se inscrever em um tópico, o aplicativo indica ao broker que deseja receber mensagens publicadas nesse tópico, que no caso serão os dados dos sensores conectados ao microcontrolador.

4. Comunicação com o Microcontrolador:

• O microcontrolador coleta dados da água de aquário.
• O microcontrolador publica os dados coletados em tópicos específicos no broker MQTT.
• As mensagens publicadas pelo microcontrolador são armazenadas no broker.

5. Recepção de Mensagens:

• O broker MQTT notifica o aplicativo sobre a chegada de novas mensagens nos tópicos assinados.
• A biblioteca Paho-MQTT no aplicativo recebe as mensagens do broker.
• As mensagens recebidas contêm os dados coletados pelo microcontrolador.

6. Processamento e Visualização de Dados:

• O aplicativo React Native processa os dados dos sensores recebidos do microcontrolador.
• Os dados são formatados, convertidos em unidades adequadas e preparados para visualização no painel de visualização de dados do aquário.
• A interface do usuário do aplicativo é atualizada com os dados processados, permitindo que o usuário visualize as informações em tempo real.

7. Enviando Comandos ao Microcontrolador:

• O aplicativo pode publicar mensagens em tópicos específicos no broker MQTT para o acionamento da alimentação do peixe ou para a TPA (troca parcial de água).
• O microcontrolador é configurado para se inscrever em esses tópicos.
• Ao receber mensagens do aplicativo, o microcontrolador interpreta os comandos e executa as ações correspondentes, acionando a ação correspondente nos demais subsistemas do projeto.

Atualizações no Ponto de Controle 2 (PC2)

Ao longo do andamento do projeto, o diagrama de arquitetura foi atualizado e aprimorado com base nas mudanças do projeto, além do maior conhecimento do mesmo. Dessa forma, nessa sessão será descrito as atualizações do diagrama de arquietura no Ponto de Controle 2 comparado ao Ponto de Controle 1.

• Substituição da biblioteca MQTT.js para a Paho-MQTT, devido a melhor compatibilidade para o contexto de aplicativos móveis.
• Adição da linguagem Typescript no diagrama, pois é a principal linguagem utilizada para as funcionalidades e interface do aplicativo.
• Adição da memória cache no diagrama, a qual é a forma de armazenamento do aplicativo.
• Detalhamento do microcontrolador no diagrama, que é o ponto de conexão entre subsistema de software e de eletrônica:
  • A ESP32 (microcontrolador) utiliza a linguagem de programação Arduino C++ para realizar o intermédio entre os sensores e demais artefatos eletrônicos e o Broker MQTT, que por sua vez se comunica com o App.
  • É utilizado também a biblioteca PubSubClient.h e Wifi.h para realizar a comunicação entre a ESP32 e o Broker MQTT e realizar a conexão com o Wifi local, respectivamente.

Rquisitos do Subsistema de Software

Requisitpos funcionais

Tabela 8 – Requsitos Software - Funcional

Requisito	Descrição
RF1	O App deve disponibilizar o valor dos sensores de temperatura, pH e nível da água atualizados.
RF2	O App deve conter um botão de acionamento, tanto para a alimentação quanto para TPA.
RF3	O App deve conter um componente para controlar a intesidade da luz.
RF4	O App deve oferecer uma sessão para agendamento de alimentação e TPA.
RF5	O App deve oferecer a possibilidade de ativar ou desativar as notificações.
RF6	O App pode apresentar histórico de últimas TPA realizadas e gráficos de temperatura, pH e nível da água.

Requisitpos não funcionais

Tabela 9 – Requsitos Software - Não Funcional

Requisito	Descrição
RNF1	O sistema deve atualizar os valores dos sensores (temperatura, pH e nível da água) a cada certa quantidade de tempo (a depender do sensor)
RNF2	O sistema deve disponibilizar os dados dos sensores de forma clara e objetiva
RNF3	O sistema deve disponibilizar os botões de acionamento e agendamento de forma prática
RNF4	O sistema deve enviar o sinal de acionamento ao subsistema eletrônico de forma rápida e sem atraso, dado as boas condições de conexão Wifi
RNF5	O sistema deve se comunicar com o subsistema eletrônico via protocolo MQTT
RNF6	O front-end do sistema deve ser construído com o React Native JS