Análise do M5Stack Core2 como Dispositivo Embarcado
1. Objetivos
Este trabalho visa realizar um estudo aplicado ao M5Stack Core2, um dispositivo embarcado amplamente utilizado no mercado para soluções de IoT, automação e prototipagem rápida. A análise inclui suas características técnicas, funcionalidades e segmentação de mercado.
2. Seleção do Sistema Embarcado
O M5Stack Core2 foi escolhido por ser um dispositivo modular e versátil, amplamente utilizado em áreas como IoT, educação e automação. Ele se destaca como um produto de mercado com diversas funcionalidades, sendo um dos poucos kits IoT que integram touchscreen e conectividade sem fio por padrão.
3. Informações a serem levantadas sobre o sistema
O M5Stack Core2 é um microcomputador compacto, baseado em arquitetura de microcontrolador, projetado para facilitar o desenvolvimento de aplicações de IoT (Internet das Coisas), automação e prototipagem rápida. É amplamente utilizado em segmentos como educação, pesquisa, automação residencial e industrial, além de projetos makers.
Principais funções:
- Processamento de dados.
- Coleta de informações através de sensores embutidos e externos.
- Controle de dispositivos externos usando atuadores e GPIOs.
- Comunicação com fio e sem fio para aplicações de IoT.
Aplicações:
- Monitoramento ambiental.
- Desenvolvimento de interfaces gráficas (tela touchscreen).
- Controle de equipamentos industriais e domésticos.
- Educação em tecnologia embarcada.
Fonte: M5Stack Core2 - ESP32 IoT Development Kit
Listagem de Características
- Unidade de Processamento:
- MCU: ESP32-D0WDQ6-V3 (Espressif Systems).
- Arquitetura: Dual-core Xtensa LX6, 32-bit RISC.
- Frequência de Clock: Até 240 MHz.
- Referências:
- Memória:
- RAM: 520 KB de SRAM interna do ESP32.
- PSRAM: 8 MB de PSRAM externa para expansão de memória volátil.
- Flash: 16 MB de memória flash externa QSPI para armazenamento de firmware e dados.
- EEPROM: 8 MB simulada na Flash, mas não é fisicamente uma EEPROM dedicada.
- Referências:
- Sistema Operacional:
- RTOS: FreeRTOS pré-instalado e é usado para gerenciar tarefas em tempo real, permitindo multitarefa e controle eficiente do hardware.
- Bare-metal: Suporte para execução em projetos simples.
- Referências:
- Sensores e Atuadores:
- Sensores:
- Sensor CST816S (detecta toque capacitivo na tela).
- Acelerômetro MPU6886 (detecta movimento e inclinação).
- Microfone embutido SPM1423.
- Atuadores:
- Alto-falante embutido.
- Tela touchscreen.
- LEDs programáveis.
- Conexão:
- GPIO (periféricos externos)
- I2C (sensores internos)
- SPI
- Referências:
- Interfaces de Comunicação sem Fio:
- I2C, SPI, UART: Disponíveis para expansão de hardware e conexão com sensores, atuadores.
- Referências:
- Interfaces de Comunicação sem Fio:
- Wi-Fi (802.11 b/g/n)
- Bluetooth BLE 4.2
- Bluetooth Clássico.
- Referências:
- Unidades de Entrada/Saída:
- GPIO: Pinos programáveis para interação com hardware externo.
- ADC: Conversor analógico-digital de 12 bits.
- PWM: Sinais modulados (controle de motores e LEDs através de pinos dedicados).
- Referências:
- Fonte de Energia e Gerenciamento:
- Especificação: Gerenciamento via AXP192.
- Bateria: Embutida, 500 mAh Li-ion.
- Alimentação: USB-C ou bateria embutida de 500 mAh.
- Modos de Economia de Energia: Deep Sleep suportado.
- Referências:
- Firmware e Atualizações:
- Firmware: Baseado em C/C++ e MicroPython;
- OTA (Over-the-Air): Atualizações remotas.
- Referências:
- Unidade de Proteção e Segurança:
- Criptografia: AES-256, RSA.
- Referências:
- Armazenamento Externo:
- Slot para cartão microSD (máx. 16 GB).
- Referências:
- Interface com o Usuário:
- Display: Tela touchscreen (2") FT6336U (320x240 TFT);
- Botões: Sensíveis ao toque.
- Referências:
4. Artigos Acadêmicos Relacionados
4.1 Remote Monitoring of Electrical Parameters Using M5Stack Core2
- Resumo: O artigo Remote Monitoring of Electrical Parameters Using M5Stack Core2 aborda o uso da Internet das Coisas (IoT) para monitorar parâmetros elétricos em tempo real. A solução emprega o dispositivo M5Stack Core2 junto com o sensor PZEM-004T V3.0, que mede variáveis como tensão, corrente, potência ativa, fator de potência e energia. Os dados são enviados para a plataforma ThingSpeak, onde são exibidos graficamente com atualizações a cada 15 segundos. O estudo inclui um exemplo prático no qual o consumo elétrico de uma impressora 3D foi monitorado. A precisão do sistema foi validada por meio de comparações com um medidor comercial, alcançando um erro de 0,176% na medição de tensão e 7,085% para corrente. Os resultados demonstram que a proposta é viável para monitoramento em ambientes domésticos e industriais, oferecendo uma solução de baixo custo e eficiente.
- Aplicação: Monitoramento remoto de parâmetros elétricos em ambientes domésticos e industriais, utilizando IoT para coleta e envio de dados para análise e tomada de decisões.
- Link: BibSonomy Link
4.2 Desenvolvimento de um Sistema Embarcado para Coleta de Dados de Vibração em Drones
- Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema embarcado para monitoramento de vibrações em drones, utilizando a Teoria do Caos e a técnica SAC-DM (Análise de Sinal Baseada no Caos com Densidade de Máximos). O objetivo é aumentar a confiabilidade e a segurança operacional dos drones, identificando padrões de vibração que possam indicar falhas estruturais ou operacionais. Para isso, foi utilizado o acelerômetro MPU6886, integrado ao kit de desenvolvimento com ESP32. O MPU6886 foi escolhido devido à sua capacidade de fornecer dados precisos de aceleração nos três eixos (X, Y e Z) e sua compatibilidade com o protocolo de comunicação I2C, permitindo coleta de dados com frequência superior às exigências do projeto. Os dados coletados são enviados para uma plataforma na nuvem, onde análises e diagnósticos podem ser realizados remotamente. A abordagem visa melhorar a segurança do equipamento e das pessoas envolvidas no uso de drones.
- Aplicação: O MPU6886 foi utilizado como sensor principal para coleta de dados de vibração do drone. Operando via protocolo I2C, ele forneceu medições de aceleração em tempo real nos três eixos (X, Y e Z), essenciais para os cálculos de vibração do sistema. Embora o sensor também ofereça dados de giroscópio, apenas as medições de acelerômetro foram utilizadas, devido ao foco na análise de vibrações. A frequência de coleta de dados foi ajustada para 500 Hz, adequando-se às necessidades do projeto. Além disso, o MPU6886 foi integrado a um sistema embarcado com ESP32, onde um componente específico inicializou e configurou o sensor, garantindo que ele funcionasse adequadamente como parte do monitoramento contínuo do desempenho do drone.
- Link: Repositório UFPB
4.3 Open Source FreeRTOS as a Case Study in Real-Time Operating System Evolution
- Resumo: Este artigo explora a evolução do FreeRTOS, um dos sistemas operacionais em tempo real mais utilizados no ramo de sistemas embarcados. Os autores realizam análises e exploram as mudanças de desempenho e comportamento ao longo de 10 anos, identificando de maneira minunciosa por meio de medição de latência, criação e alternância de threads, gerenciamento de semáforos e mutexes. A análise destaca mudanças significativas na performance e na confiabilidade do FreeRTOS, ao mesmo tempo que identifica problemas introduzidos ao longo do tempo, reforçando a necessidade de um controle de qualidade rigoroso.
- Aplicação: O FreeRTOS é ampliamento utilizado em sistemas embarcados, suas principais aplicações são em:
- Dispositivos IOT, visto que suporta protocolos MQTT e TCP/IP;
- Automações Industriais, visto sua capacidade de operar em operações críticas;
- Dispositivos Médicos, em que a resposta em tempo real é primordial;
- Link: Elsevier - FreeRTOS Evolution
5. Produtos Relacionados
- Sonoff Dual R3: Automação residencial baseada em ESP32;
- T-Watch 2020: Relógio inteligente DIY;
- ESP32-CAM: Câmera embarcada para monitoramento;
- LILYGO T-SIM7000G: Placa com LTE e GPS;
- NodeMCU-32S: Placa genérica para desenvolvimento.
6. Integrantes
- Ana Beatriz - 200060783
- Mateus de Almeida Dias - 190142260
- Rafael Nobre - 200026488