# Integrantes do grupo

| Nome            | Matrícula       |
|------------------|-----------------|
| Cainã Valença de Freitas     | 180014412 |
| Pedro Rodrigues Pereira    | 170062686  |

# Sonoff Basic R4

O Sonoff Smart Switch (Basic R4) é um dispositivo de automação residencial inteligente que permite controlar aparelhos elétricos remotamente. Ele é projetado para integrar conectividade Wi-Fi e Bluetooth com uma interface acessível via o aplicativo eWeLink, que possibilita ligar, desligar e configurar cenas automáticas para dispositivos conectados.

<figure style="text-align: center;">
  <img src="./assets/images/basicr4.png" style="width: 500px;" alt="Sonoff Basic R4">
  <figcaption>Figura 1: Sonoff Basic R4</figcaption>
</figure>

## Funcionalidades:

Além de permitir o controle remoto de aparelhos elétricos, o Sonoff Basic R4 oferece diversas funcionalidades para automação residencial, incluindo:

### **Controle Remoto**:
O Sonoff Basic R4 permite controlar dispositivos elétricos por meio do aplicativo eWeLink, que oferece uma interface intuitiva para ligar e desligar aparelhos de qualquer lugar.

### **Cenas Automáticas**:
É possível configurar cenas automáticas no aplicativo eWeLink para acionar dispositivos conectados em horários específicos ou de acordo com eventos predefinidos.

### **Compatibilidade com Assistente de Voz**:
O Sonoff Basic R4 é compatível com assistentes de voz como Amazon Alexa e Google Assistant, permitindo controlar dispositivos por comandos de voz.

### **Monitoramento de Consumo de Energia**:
O aplicativo eWeLink permite monitorar o consumo de energia dos dispositivos conectados, fornecendo informações detalhadas sobre o uso de cada aparelho.

### **Proteção Contra Sobrecarga**:
O Sonoff Basic R4 possui proteção contra sobrecarga, desligando automaticamente em caso de excesso de corrente.

### **Atualizações OTA**:
O firmware do Sonoff Basic R4 pode ser atualizado via OTA (Over-the-Air), garantindo a segurança e a adição de novos recursos sem a necessidade de conexão física.

### **Integração com Outros Dispositivos**:
O Sonoff Basic R4 pode ser integrado com outros dispositivos IoT e sistemas de automação residencial para criar cenários personalizados e ampliar suas funcionalidades.


## Magic Switch
Um grande problema ao utilizar controladores de automação residencial, principalmente no controle de lâmpadas, é que ao desligar o interruptor físico, o Sonoff é automaticamente desligado, pois ele é alimentado pela rede elétrica. Dessa forma, não é possível mais controlar o dispositivo remotamente. Uma grande adição do modelo Basic R4 é o Magic Switch, que consegue manter sua conexão simultaneamente com o interruptor físico, permitindo que o usuário possa controlar o dispositivo tanto pelo interruptor físico quanto pelo aplicativo eWeLink.

<figure style="text-align: center;"> <img src="./assets/images/magic-switch.png" style="width: 500px;" alt="Magic Switch"> <figcaption>Figura 2: Magic Switch</figcaption> </figure>
Para fazer uso do Magic Switch, é necessário que o interruptor físico seja trifásico e que as duas saídas do mesmo estejam interligadas. Ou seja, independente do estado do interruptor físico, a corrente elétrica estará sempre alimentando o Sonoff Basic R4. O Magic Switch é capaz de identificar o clique do interruptor, e assim, o Sonoff pode interpretar o comando de desligar o dispositivo e mesmo assim se manter energizado.

* Fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)

## **Listagem de características**: 

### **Unidade de processamento**:
<table>
  <tr>
    <th>Microcontrolador (MCU)</th>
    <td>ESP32-C3FN4</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Fabricante</th>
    <td>Espressif Systems</td>
  </tr>
    <tr>
    <th>Arquitetura</th>
    <td>RISC-V (32 bits)</td>
  </tr>
    <tr>
        <th>Frequência de Clock</th>
        <td>Até 160 MHz</td>
    </tr>
    <tr>
        <th>Coprocessador ULP</th>
        <td>Permite execução de tarefas com baixo consumo energético, como leituras de sensores.</td>
    </tr>
    <tr>
        <th>Periféricos</th>
        <td>I2C, SPI, UART, ADC/DAC</td>
    </tr>
    <tr>
        <th>Proteções</th>
        <td>Proteções integradas contra falhas.</td>
    </tr>
</table>


O ESP32-C3 é um microcontrolador desenvolvido pela Espressif altamente flexível, que atende demandas de dispositivos IoT(Internet of things). O mesmo é baseado na arquitetura RISC-V de 32 bits e oferece uma solução eficiente e integrada. A frequência de clock de até 160 MHz permite uma plataforma confiável e de alto desempenho para aplicações conectadas. O design do microcontrolador possui foco nos recursos de *input* e *output* o que facilita seu uso em uma vasta gama de cenários industriais e domésticos. Apesar da enfase de seu design, um grande ponto ressaltado é o equilíbrio entre os recursos presentes, os custos e a segurança empregados.

Seu Coprocessador ULP (Ultra Low Power) é dedicado a realizar tarefas de baixo consumo de energia, como leitura de sensores, possibilitando com que o principal núcleo do microcontrolador possa ser desligado para economia de energia. Esse comportamento habilita com que a ESP32-C3 seja utilizado para aplicações que demandam longa vida útil da bateria.

O ESP32-C3 possui vários periféricos, sendo eles I2C, SPI, UART, ADC e DAC, que baseam a conexão com sensores e atuadores. Além disso, o microcontrolador possui proteções integradas contra falhas, garantindo a segurança do sistema. Segue abaixo o Diagrama de Blocos Funcionais e Pinout do SoC(System on Chip) ESP32-C3:

<figure style="text-align: center">
  <img src="./assets/images/diagrama-de-blocos-funcionais.png" style="width: 500px;" alt="Diagrama de blocos do ESP32-C3">
  <figcaption>Figura 1: Diagrama de blocos do ESP32-C3</figcaption>
</figure>



<figure style="text-align: center;">
  <img src="./assets/images/pinout-esp32c3.png" style="width: 500px;" alt="Pinout do ESP32-C3">
  <figcaption>Figura 2: Pinout do ESP32-C3</figcaption>
</figure>



* Fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)
* Fonte: [ESP32-C3 Series Datasheet](https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-c3)



### **Memória**:

<table>
  <tr>
    <th>Tipo</th>
    <th>Capacidade</th>
    <th>Função</th>
  </tr>
  <tr>
    <th>Memória RAM</th>
    <td>SRAM 400kB(320 KB RAM + 80KB Cache)</td>
    <td>Execução do Firmware e dados em tempo real</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Memória ROM</th>
    <td>4M de memória flash</td>
    <td>Armazenamento do firmware e suporte para OTA(Over-Air-Updates)</td>
  </tr>
</table>

* fonte: [ESP32-C3 Series Datasheet](https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-c3)

### **Sistema Operacional**: 
<table>
  <tr>
    <th>Sistema Operacional</th>
    <td>Sem sistema operacional (bare-metal)</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Firmware</th>
    <td>Controla diretamente o hardware.</td>
  </tr>
</table>


O Sonoff Basic R4 não possui um sistema operacional base(bare-metal). O firmware controla diretamente o hardware.

**Observação**: Apesar de o ESP32 ser compatível com RTS(Ex.: [FreeRTOS](https://www.freertos.org/)) no manual oficial do produto não possui nenhuma menção sobre o uso de um sistema operacional.

* Fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)
* Fonte [Espressif ESP-IDF Documentation](https://www.freertos.org/)

Sensores e Atuadores


### **Sensores e Atuadores**:	


<table>
  <tr>
    <th>Sensores</th>
    <td>Sensor de temperatura para prevenção de superaquecimento.</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Atuadores</th>
    <td>Relé de 10A</td>
  </tr>
</table>

O Sonoff Basic R4 funciona basicamente como um atuador, controlando dispositivos físicos por meio do relé de 10 Amperes. Apesar disso é possível sim integrar outros sensores ao Sonoff e construir uma rede de informações para a automação tanto residencial quanto industrial. Realizando a integração de sensores de temperatura, movimento, umidadade e outros, é possível personalizar seu uso e criar cenas customizadas para o uso do dispositivo. Um grande ponto a ser levantado é que a integração de outros sensores se torna muito mais fácil com o uso do firmware Tasmota.


* fonte: [Automation Tasmota Firmware](https://automation.baldacchino.net/flashing-tasmota-on-a-sonoff-basic-r4-connecting-to-home-assistant/)

* fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)


### **Interfaces de Comunicação sem fio**: 
<table>
    <tr>
        <th>Wi-Fi</th>
        <td>IEEE 802.11 b/g/n 2.4GHz</td>
    </tr>
    <tr>
        <th>Bluetooth</th>
        <td>Bluetooth 4.2</td>
    </tr>
</table>

O Sonoff Basic R4 possui interfaces de comunicação sem fio, como Wi-Fi 802.11 b/g/n e Bluetooth 4.2. O que garante a conexão com dispositivos móveis, outros dispositivos IoT e a internet.

* fonte: [Sonoff Basic R4 Presentation Page](https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/basicr4/)
* fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf) 

### **Unidades de Entrada/Saída (I/O)**:
<table>
  <tr>
    <th>GPIO</th>
    <td>Usado para controlar o relé e ler o estado do botão de ativação.</td>
  </tr>
</table>

O Sonoff Basic R4 utiliza GPIO como principal interface de entrada e saída. O microcontrolador ESP32-C3 suporta as unidades ADC/DAC e PWM, porém ambas não são implementadas no produto.

* fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)


### **Fonte de Energia e Sistema de Alimentação**:
<table>
  <tr>
    <th>Entrada/Output:</th>
    <td>100-240V AC, 50/60 Hz, com capacidade de até 10A.</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Gerenciamento de Energia (PMIC):</th>
    <td>Gerencia o consumo de energia  e desliga automaticamente em caso de superaquecimento.</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Circuitos de Reset:</th>
    <td>Reset manual via botão físico.</td>
  </tr>
</table>

O Sonoff ẽ alimentado diretamente pela rede elétrica e possui um gerenciamento de energia PMIC que desliga automaticamente em caso de superaquecimento. O circuito de reset é feito manualmente através do botão físico.

* fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)

### **Firmware e Atualizações**:

<table>
  <tr>
    <th>Firmware</th>
    <td>Controlo pelo eWeLink</td>
  </tr>
  <tr>
    <th>Atualizações OTA</th>
    <td>Presentes para manutenção e novos recursos.</td>
</table>

Todo firmware do Sonoff Basic R4 é configurável e controlado via o aplicativo "eWeLink". Com ele possível a crição de cenas inteligentes, descrevendo situações específicas para o acionamento de dispositivos. Além disso, o firmware do Sonoff Basic R4 pode ser atualizado via OTA(Over-the-Air) para manutenção e adição de novos recursos.

Apesar da maioria das vezes ser utilizado o aplicativo eWeLink, é possível utilizar o firmware Tasmota, que é um firmware de código aberto para dispositivos baseados em ESP8266 e ESP32. O Tasmota permite a integração com plataformas de automação residencial como Home Assistant, OpenHAB, Domoticz e outros. Sendo necessário o hard flash do firmware Tasmota.

<figure style="text-align: center">
  <img src="./assets/images/connection-sonoff.png" style="width: 500px;" alt="eWeLink">
  <figcaption>Figura 3: Conexão através do Smartphone</figcaption>
</figure>

* fonte: [Sonoff DIY Tasmota Firmware](https://tasmota.github.io/docs/Sonoff-DIY/)
* fonte: [eWeLink](https://www.ewelink.cc/en/)
* fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)


### **Interface com o Usuário (UI)**:
  <table>
    <tr>
      <th>Indicadores LED</th>
      <td>LED azul com diferentes padrões para indicar estados como emparelhamento, operação normal, offline e sobrecarga.</td>
    </tr>
    <tr>
      <th>Botão de reset</th>
      <td>Liga/desliga o relé. Entra no modo de emparelhamento.</td>
  </table>

  O Sonoff Basic R4 demonstra uma interface de comunicação com o usuário bem limitada, contando apenas com um LED azul que indica diferentes estados do dispositivo e um botão físico que liga/desliga o relé e entra no modo de emparelhamento ao ser pressionado por mais tempo. Na imagem a seguir é possível visualizar o LED em destaque e o botão de reset ao lado.

  <figure style="text-align: center;">
    <img src="./assets/images/led-reset-button.png" style="width: 500px;">
    <figcaption>Figura 4: LED e Botão de Reset do Sonoff Basic R4</figcaption>
  </figure>

  * fonte: [Sonoff Basic R4 User Manual](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf)
  * fonte: [Sonoff Basic R4 Presentation Page](https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/basicr4/)


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## Referências Bibliográficas

1. Sonoff Basic R4 User Manual. Disponível em: [https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf](https://sonoff.tech/wp-content/uploads/2023/12/BASICR4-user-manual-EN.pdf).

2. ESP32-C3 Series Datasheet. Espressif Systems. Disponível em: [https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-c3](https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32-c3).

3. Espressif ESP-IDF Documentation. FreeRTOS Overview. Disponível em: [https://www.freertos.org/](https://www.freertos.org/).

4. Automation Baldacchino. Flashing Tasmota on a Sonoff Basic R4. Disponível em: [https://automation.baldacchino.net/flashing-tasmota-on-a-sonoff-basic-r4-connecting-to-home-assistant/](https://automation.baldacchino.net/flashing-tasmota-on-a-sonoff-basic-r4-connecting-to-home-assistant/).

5. Sonoff Basic R4 Presentation Page. Disponível em: [https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/basicr4/](https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/basicr4/).

6. Tasmota Documentation. Sonoff DIY. Disponível em: [https://tasmota.github.io/docs/Sonoff-DIY/](https://tasmota.github.io/docs/Sonoff-DIY/).

7. eWeLink Official Page. Disponível em: [https://www.ewelink.cc/en/](https://www.ewelink.cc/en/).

8. Artigo acadêmico: "IoT enabled Smart Switch With User-Friendly Electrical Interfacing". Disponível em: [https://ieeexplore.ieee.org/iel7/9761170/9761283/09761327.pdf](https://ieeexplore.ieee.org/iel7/9761170/9761283/09761327.pdf).

9. Artigo acadêmico: "Design and Implementation of ESP32‐Based IoT Devices". Disponível em: [https://www.mdpi.com/1424-8220/23/15/6739/pdf-vor](https://www.mdpi.com/1424-8220/23/15/6739/pdf-vor).

10. Artigo acadêmico: "Design of an ESP32-Based IoT Smart Home Automation Management System". Disponível em: [https://www.academia.edu/download/117493752/GJRECS4410226.pdf](https://www.academia.edu/download/117493752/GJRECS4410226.pdf).

11. Shelly 1 Product Page. Disponível em: [https://shelly.cloud/products/shelly-1-smart-home-automation-relay/](https://shelly.cloud/products/shelly-1-smart-home-automation-relay/).

12. Philips Hue Smart Plug Product Page. Disponível em: [https://www.philips-hue.com/](https://www.philips-hue.com/).

13. Tuya Smart Switch Product Page. Disponível em: [https://www.tuya.com/](https://www.tuya.com/).