Trabalho 2 (2025-2)

Fundamentos de Sistemas Embarcados – FGA0109
Professor: Renato Coral

1. Objetivos

Este artigo é referente ao segundo trabalho avaliativo para a disciplina Fundamentos de Sistemas Embarcados - FGA0109, ministrada pelo professor Renato Coral no 2º semestre de 2025 da Universidade de Brasília - UnB. O trabalho tem por objetivo a realização de um estudo aplicado a dispositivos embarcados disponíveis no mercado, com intuito de descrever suas características e detalhes de arquitetura e funcionalidades.

Integrantes

2. Descrição técnica do produto original

2.1 Funções principais, público-alvo e contexto de uso

O Welch Allyn Connex Spot Monitor é um monitor de sinais vitais portátil, desenvolvido para medições clínicas rápidas e precisas em ambientes hospitalares. O equipamento mede a pressão arterial, a saturação de oxigênio, a frequência cardíaca e a temperatura do corpo de forma rápida e sem precisar fazer nenhum procedimento invasivo.

O produto realiza o monitoramento remoto e em tempo real de parâmetros fisiológicos por meio da integração entre sensores biomédicos, microcontroladores e plataformas de Internet das Coisas (IoT).

O público-alvo inclui profissionais de saúde, cuidadores e familiares, sendo o contexto de uso associado tanto ao ambiente hospitalar quanto ao telemonitoramento domiciliar, proporcionando maior eficiência no cuidado e redução de custos médicos.

O produto conta com uma tela sensível ao toque que exibe os parâmetros em tempo real e permite a configuração de alarmes visuais e sonoros. Além das medições fisiológicas, o produto integra recursos de identificação de paciente e profissional via RFID ou leitor de código de barras, armazenamento local de dados e transmissão automática para sistemas de prontuário eletrônico por meio das tecnologias Wi-Fi, Bluetooth ou Ethernet.

Figura 1: Welch Allyn Connex Spot Monitor

A seguir, são apresentadas as Figuras 2 e 3, que ilustram a disposição física dos principais componentes externos do Welch Allyn Connex Spot Monitor. As imagens foram retiradas do manual "Instruções de utilização - Welch Allyn Connex Spot Monitor" (WELCH ALLYN, 2021), e cada elemento numerado representa um conector ou módulo funcional descrito nas seções subsequentes.

Figura 2: Vista superior do lado esquerdo

Figura 3: Vista inferior posterior do lado esquerdo

2.2 Principais módulos do sistema

A seguir, são apresentados os principais módulos que compõem o sistema do Welch Allyn Connex Spot Monitor, descrevendo suas funções técnicas.

2.3 Sensores do produto

Nesta seção, são listados os sensores clínicos e de identificação integrados ao produto, com suas respectivas tecnologias e funções na coleta e transmissão dos sinais vitais e dados de paciente.

2.4 Protocolos e tecnologias de comunicação

A seguir, são descritas as tecnologias de comunicação utilizadas pelo equipamento.

3. Descrição do sistema proposto (baseado em ESP32)

3.1 Funções principais, público-alvo e contexto de uso

O sistema proposto tem como principal função monitorar parâmetros fisiológicos em tempo real, utilizando o microcontrolador ESP32 como unidade central de processamento. O dispositivo é responsável pela aquisição, tratamento e transmissão local dos dados biomédicos coletados pelos sensores conectados.

O público-alvo inclui profissionais de saúde, cuidadores e familiares, com foco no telemonitoramento de pacientes em ambientes hospitalares e domiciliares (home care). A proposta visa oferecer uma alternativa de baixo custo e alta acessibilidade para acompanhamento contínuo de sinais vitais, contribuindo para a prevenção e detecção precoce de alterações clínicas.

3.2 Componentes e sensores utilizados

O sistema embarcado proposto utiliza componentes de baixo custo, baixo consumo de energia e fácil integração, com o microcontrolador ESP32 como unidade central de processamento. Esse dispositivo possui conectividade Wi-Fi e Bluetooth embutida, além de capacidade para processar dados de múltiplos sensores simultaneamente.

Entre os principais sensores e componentes empregados, destacam-se:

• Sensor de Temperatura e Humidade
• Sensor de Batimento Cardiáco
• Buzzer
• Led RGB
• Tela LCD
• Led IR
• Receptor IR
• Led Vermelho

3.3 Tecnologias de comunicação e controle embarcadas

A implementação do sistema proposto baseia-se nas tecnologias de comunicação sem fio e troca de mensagens suportadas pelo ESP32.

3.3.1 Conectividade Wi-Fi (ESP32)

O ESP32 oferece suporte ao padrão IEEE 802.11b/g/n e pode operar nos modos Estação (STA), Access Point (AP) ou ambos simultaneamente. A segurança é garantida pelos protocolos WPA, WPA2, WPA2-Enterprise e WPS. O driver Wi-Fi utiliza um modelo de eventos gerenciado por uma biblioteca específica, permitindo o tratamento assíncrono de conexões, desconexões e mudanças de IP.

3.3.2 Protocolo MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

O MQTT é um protocolo leve sobre TCP/IP, ideal para IoT devido ao baixo consumo de banda. Ele utiliza a arquitetura Publish/Subscribe (Pub/Sub), intermediada por um Broker, que desacopla publicadores (ex: sensores) e assinantes (ex: aplicações) no espaço, tempo e sincronia .

As mensagens são organizadas em tópicos hierárquicos (ex: casa/cozinha/temperatura). Assinantes podem usar wildcards (+ para um nível, # para múltiplos níveis) para receber mensagens de vários tópicos. O protocolo oferece três níveis de Quality of Service (QoS): QoS 0 (no máximo uma vez), QoS 1 (pelo menos uma vez) e QoS 2 (exatamente uma vez), balanceando confiabilidade e latência.

4. Proposta de reprodução com ESP32

PA proposta para a reprodução do produto com a ESP32 foca em criar uma versão simplificada, adaptando as funcionalidades do projeto aos materiais e recursos disponíveis.

Escopo de Funcionalidades:

1. Funcionalidades Planejadas

As seguintes funcionalidades do produto original serão reproduzidas:

• Monitoramento de Temperatura
• Monitoramento de Oxigenação
• Monitoramento de Batimentos Cardíacos

Além das funcionalidades internas do produto, como configuração dos parâmetros, alarmes, interface a partir de uma tela mostrando os dados coletados, e comunicação via MQTT para enviar os dados para o dashboard online.

Observação: As funcionalidades de oxigenação e batimentos cardíacos (itens 2 e 3) serão adaptadas para funcionar com os sensores que possuímos.

2. Funcionalidades Fora do Escopo

As seguintes funcionalidades não serão reproduzidas devido às limitações de recursos:

• Monitoramento NIBP (Pressão Arterial Não Invasiva)
• Leitor RFID
• Leitor de código de barras
• Sensor de temperatura por infravermelho

4.1. Estrutura do Projeto

Uma possível estrutura de projeto, é uma dividida em componentes, onde em cada componente é feito as configurações e as regras de negócio para cada um.

connextSpotMonitor/
├── CMakeLists.txt (raiz do projeto)
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── app_main.c
│   └── (outros arquivos)
├── components/
│   ├── sensor_dht/
│   │   ├── CMakeLists.txt
│   │   ├── dht_driver.c
│   │   └── include/
│   │       └── dht_driver.h
│   ├── heart_rate_sensor/
│   │   ├── CMakeLists.txt
│   │   └── (arquivos)
│   └── (outros componentes)
└── sdkconfig

4.2. Configurações dos Componentes Compatíveis com Ecossistema ESP-IDF

A seguir, iremos descrever como ficaria a configuração das dependêndias componentes do ecossistema ESP-IDF para os componentes do sistema. Sendo o arquivo de configuração o CMakeLists.txt.

4.2.1. Sensores

4.2.1.1. Sensor DHT11 (Temperatura e Umidade)

idf_component_register(
    SRCS 
        "dht_wrapper.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "achimpieters/esp32-dht"
)

4.2.1.2. Sensor de Batimento Cardíaco

idf_component_register(
    SRCS 
        "heart_rate.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_i2c"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "esp_adc"
        "log"
)

4.2.2. Periféricos de Saída

4.2.2.1. Buzzer (Geração de Som/PWM)

idf_component_register(
    SRCS 
        "buzzer.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_ledc"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "log"
)

4.2.2.2. LED RGB KY-009

idf_component_register(
    SRCS 
        "rgb_led.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_ledc"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "log"
)

4.2.2.3. LED

idf_component_register(
    SRCS 
        "red_led.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_gpio"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "log"
)

4.2.2.4. LED IR (Transmissor Infravermelho)

idf_component_register(
    SRCS 
        "ir_tx_wrapper.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "espressif/ir_learn"
)

4.2.2.5. Receptor IR (Receptor Infravermelho)

idf_component_register(
    SRCS 
        "ir_receiver.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_rmt"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "esp_timer"
        "log"
)

4.2.3. Display

4.2.3.1. Tela LCD com Interface I2C

idf_component_register(
    SRCS 
        "lcd_i2c_driver.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "driver"
        "esp_driver_i2c"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "log"
)

Configuração I2C:

idf_component_register(
    SRCS 
        "display_panel.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "include"
    REQUIRES
        "esp-arduino-libs/ESP32_Display_Panel"
        "esp_driver_i2c"
        "esp_driver_spi"
    PRIV_REQUIRES
        "freertos"
        "log"
)

4.2.4. Protocolos de Comunicação

4.2.4.1. WiFi

idf_component_register(
    SRCS 
        "app_main.c"
        "wifi_handler.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "."
        "wifi_config"
    REQUIRES 
        "esp_netif"
        "lwip"
        "nvs_flash"
    PRIV_REQUIRES 
        "freertos"
        "log"
        "esp_system"
)

4.2.4.2. MQTT

idf_component_register(
    SRCS 
        "app_main.c"
        "mqtt_handler.c"
    INCLUDE_DIRS 
        "."
        "mqtt_config"
    REQUIRES 
        "mqtt"
        "nvs_flash"
        "esp_netif"
    PRIV_REQUIRES 
        "freertos"
        "log"
        "esp_system"
        "mbedtls"
)

4.3. Configuração GPIO

Possível configuração GPIO para o sistema.

4.4. Diagrama conceitual do sistema (pode ser esquemático ou em diarama de blocos);

O diagrama de blocos abaixo demonstra de forma conceitual a disposição, no qual foi divido o que são periféricos, esp32, entradas e serviços externo, além da organização e a comunicação entre os módulos principais do sistema,sendo eles:

• Processamento de Sinais
• Lógica de Controle
• Interface do Usuário
• Módulo de Sensores
• Módulo de Alarmes
• Módulo de Conectividade

Além de outros módulos de gerencioamento.

Figura 4: Diagrama de blocos

4.5. Limitações e Desafios Esperados

Por se tratar de um equipamento clínico, o produto original exige alta precisão e rigorosos padrões de segurança elétrica. Atingir esses níveis em um protótipo é, por si só, o principal desafio.

Além disso, a nossa reprodução enfrentará limitações técnicas específicas devido aos recursos disponíveis:

• Monitoramento de Temperatura: O equipamento original permite medições por contato e a distância (infravermelho) em múltiplas partes do corpo. Nossa versão será limitada a medições unicamente por contato, de acordo com os sensores que possuímos.
• Monitoramento de SpO₂: Não dispomos de um sensor de oximetria dedicado. A alternativa será a implementação de uma solução "caseira", utilizando emissores e receptores IR. A calibração e a confiabilidade desta solução são um desafio técnico central do projeto.
• Funcionalidades Omitidas: Os leitores de RFID e de código de barras não serão incluídos na reprodução, pois não dispomos dos componentes necessários.

5. Pesquisa bibliográfica e tecnológica

5.1 Produto

5.1.1 IoT-Based Healthcare-Monitoring System towards Improving Quality of Life: A Review

Autores: S. Abdulmalek, M. S. Mahfuz, M. A. Rahman, A. Al Mamun, S. M. S. Islam.

Publicado em: 2022, Healthcare, Volume 10, Artigo 1993.

Link: Artigo

Estudo sobre o uso do produto: Aplicações da Internet das Coisas (IoT) no monitoramento contínuo da saúde.

Resumo: Este estudo apresenta uma revisão abrangente sobre o uso de sistemas embarcados conectados por Internet das Coisas (IoT) em aplicações de saúde voltadas ao monitoramento remoto e em tempo real de pacientes. O trabalho discute a integração de sensores biomédicos, microcontroladores e plataformas em nuvem capazes de coletar e transmitir dados vitais, como frequência cardíaca, saturação de oxigênio, temperatura corporal e pressão arterial. A pesquisa também aborda protocolos de comunicação sem fio amplamente utilizados — incluindo Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), LoRa e MQTT — e destaca desafios relacionados à segurança, privacidade e interoperabilidade dos sistemas. Os autores ressaltam que o uso da IoT pode melhorar significativamente o acompanhamento clínico, reduzir custos hospitalares e permitir diagnósticos precoces por meio da análise contínua dos dados coletados.

Aplicação em sistemas embarcados: O artigo demonstra como os microcontroladores ESP32 e Raspberry Pi, quando integrados a sensores biomédicos e conectividade sem fio, formam a base de sistemas embarcados inteligentes para saúde. O estudo reforça a importância de decisões de projeto relacionadas à eficiência energética, confiabilidade na coleta de dados e segurança das comunicações, aspectos cruciais em aplicações médicas sensíveis.

5.2.2 Documentação automatizada de parâmetros vitais em enfermarias utilizando estações portáteis – Efeito no acionamento adequado do time de resposta rápida

Autores: José Cesar Ribeiro, Leonardo Kenji Sakae Takatani, Rodrigo Luiz Caruso Chiaradia, Jéssica Cristina de Oliveira Silva, Pedro Henrique Cunha Pacheco, Ligia Camila de Almeida Oliveira, Flávio Geraldo Rezende de Freitas, Marcelo Park.

Publicado em: 2022, Revista Brasileira de Terapia Intensiva, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 319–326.

Link: Artigo

Estudo sobre o uso do produto: Monitoramento automatizado de sinais vitais hospitalares.

Resumo: Este estudo investiga o impacto da documentação automatizada de sinais vitais em enfermarias hospitalares por meio do uso do sistema Welch Allyn Connex Spot Monitor/Hillrom Connecta, comparado ao método manual tradicional. O ensaio clínico randomizado em clusters avaliou a eficácia dessa solução na detecção precoce de deterioração clínica e no acionamento em tempo hábil do Time de Resposta Rápida (TRR). O sistema integra dispositivos portáteis capazes de medir e transmitir automaticamente parâmetros fisiológicos — como pressão arterial, frequência cardíaca, temperatura e saturação de oxigênio — para uma plataforma digital conectada ao prontuário eletrônico. Os resultados esperados indicam maior precisão e agilidade no acionamento do TRR, com potencial para reduzir atrasos, melhorar desfechos clínicos e otimizar a segurança do paciente por meio da automação dos processos de monitoramento hospitalar.

Aplicação em sistemas embarcados: O artigo demonstra como tecnologias de monitoramento automatizado e conectividade hospitalar podem ser traduzidas para o contexto de sistemas embarcados biomédicos, como os baseados em microcontroladores do tipo ESP32. A integração entre sensores de sinais vitais (pressão arterial, temperatura, frequência cardíaca e oximetria), módulos de comunicação sem fio e plataformas de processamento embarcado permite reproduzir, em menor escala e custo, alguns dos mesmos princípios do Welch Allyn Connex Spot Monitor/Hillrom Connecta. Essa abordagem mostra o potencial de dispositivos portáteis inteligentes, com conectividade Wi-Fi e capacidade de análise local, para monitoramento contínuo e remoto de pacientes, contribuindo para a automação hospitalar e para a expansão de soluções de telemedicina e Internet das Coisas Médicas (IoMT).

5.1.3 Dispositivo IoT para Monitoramento Remoto de Sinais Vitais em Pacientes Infectados com Covid-19

Autores: Paulo Henrique Ferreira dos Santos, Daniel Rodrigues de Araújo, Hellen Cristina Ferreira, Gabriel Antônio de Lima, José Alex da Silva.

Publicado em: 2021, Revista de Engenharia e Pesquisa Aplicada (REPA), v. 6, n. 1, p. 11–20.

Link: Artigo

Estudo sobre o uso do produto: Monitoramento remoto de pacientes com Covid-19.

Resumo: Este estudo apresenta o desenvolvimento de um dispositivo embarcado baseado em Internet das Coisas (IoT) voltado ao monitoramento remoto de sinais vitais em pacientes infectados pela Covid-19. O sistema proposto integra sensores biomédicos para medir temperatura corporal, batimentos cardíacos e nível de oxigênio no sangue (SpO₂), conectados a um microcontrolador ESP32 com conectividade Wi-Fi. Os dados são enviados para uma plataforma web, onde profissionais de saúde podem acompanhar em tempo real o estado clínico dos pacientes em isolamento domiciliar. O projeto visa reduzir a exposição de profissionais ao vírus, diminuir internações desnecessárias e permitir respostas médicas mais rápidas em casos críticos. Os resultados demonstram a viabilidade de sistemas embarcados IoT como ferramenta de suporte no combate à pandemia e na telemedicina.

Aplicação em sistemas embarcados: O trabalho evidencia o uso do ESP32 como núcleo de um sistema biomédico conectado, combinando sensores, conectividade e computação embarcada para coleta e transmissão contínua de dados. A arquitetura do dispositivo — composta por sensores de temperatura e oximetria, interface web e comunicação Wi-Fi — reflete o mesmo princípio de funcionamento do Welch Allyn Connex Spot Monitor, mostrando como soluções embarcadas modulares e de baixo custo podem ser aplicadas ao monitoramento remoto de pacientes em larga escala.

5.1.4 Continuous Monitoring of Vital Signs in the General Ward Using Wearable Devices: Randomized Controlled Trial

Autores: Mariska Weenk, Sebastian J. Bredie, Mats Koeneman, Gijs Hesselink, Harry van Goor, Tom H. van de Belt.

Publicado em: 2020, Journal of Medical Internet Research (JMIR), vol. 22, nº 6, e15471.

Link: Artigo

Estudo sobre o uso do produto: Monitoramento contínuo de sinais vitais com dispositivos vestíveis (wearables) em ambiente hospitalar.

Resumo: Este ensaio clínico randomizado avaliou o uso de dois dispositivos vestíveis — ViSi Mobile (VM) e HealthPatch (HP) — para o monitoramento contínuo de sinais vitais em enfermarias gerais. O estudo envolveu 90 pacientes e profissionais de saúde, analisando percepções, benefícios, limitações e usabilidade. Ambos os dispositivos mediram parâmetros como frequência cardíaca, pressão arterial, temperatura e oxigenação, transmitindo os dados via Wi-Fi e Bluetooth para plataformas de visualização em tempo real. Os resultados mostraram boa aceitação dos usuários, percepção de maior segurança e possibilidade de detecção precoce de deterioração clínica. Os principais desafios relatados incluíram alarmes falsos, desconforto físico em alguns pacientes e sobrecarga de informações para o corpo clínico. O estudo concluiu que o monitoramento contínuo por wearables pode melhorar a segurança do paciente e reduzir internações em UTI, desde que acompanhado de estratégias de integração e treinamento.

Aplicação em sistemas embarcados: A pesquisa demonstra a aplicação direta de sistemas embarcados médicos portáteis no monitoramento remoto e contínuo de pacientes. Os dispositivos ViSi Mobile e HealthPatch integram sensores biomédicos, módulos de conectividade sem fio e software de análise embarcado, exemplificando o uso de arquitetura distribuída em tempo real. O estudo reforça a importância de aspectos como eficiência energética, confiabilidade na transmissão de dados e usabilidade — pontos cruciais no desenvolvimento de soluções embarcadas voltadas à saúde digital.

5.2 Tecnologia

5.2.1 Smart Saline Level Monitoring System Using ESP32 and MQTT-S

Autores: D. Ghosh, S. Bhowmik, P. Saha, R. Roy, P. Dey, S. Mukherjee.

Publicado em: 2018 – IEEE 20th International Conference on e-Health Networking, Applications and Services (Healthcom).

Link: Artigo

Tecnologia relacionada: ESP32, protocolo MQTT-S e Sensor de carga.

Resumo: O artigo propõe um sistema embarcado inteligente para monitorar o nível de soro hospitalar em tempo real, com o objetivo de prevenir falhas humanas e aumentar a segurança do paciente. O sistema utiliza o microcontrolador ESP32 como unidade principal de processamento, um sensor de carga (HX711 + célula de carga) para medir o peso da garrafa de soro, e o protocolo MQTT-S para transmissão leve e eficiente de dados. Quando o nível do soro atinge um valor crítico, o sistema envia alertas automáticos via Wi-Fi a um servidor MQTT, permitindo que a equipe médica seja notificada imediatamente. O trabalho destaca a eficiência, confiabilidade e baixo custo do uso do ESP32 em aplicações hospitalares.

Aplicação em sistemas embarcados: O estudo exemplifica a aplicação prática do ESP32 como núcleo de um sistema IoT hospitalar, integrando sensores analógicos, módulos de rede e protocolos de comunicação em tempo real. Essa abordagem é diretamente aplicável a projetos que envolvem monitoramento de fluidos, controle de estoque médico ou alarmes automatizados, reforçando o papel dos sistemas embarcados na automação hospitalar.

5.2.2 Real-time Health Monitoring Computer System Based on Internet of Medical Things (IoMT)

Autores: Andriy Palamar, Mykhaylo Palamar, Halyna Osukhivska.

Publicado em: 2023 – Proceedings of the 3rd International Workshop on Information Technologies: Theoretical and Applied Problems (ITTAP’2023), CEUR Workshop Proceedings.

Link: Artigo

Tecnologia relacionada: Sensor de frequência cardíaca e oxímetro, Sensor de temperatura, WI-FI, Display OLED.

Resumo: O artigo apresenta o desenvolvimento de um sistema de monitoramento de saúde em tempo real baseado na Internet das Coisas Médicas (IoMT), utilizando o microcontrolador ESP32 integrado a sensores biomédicos. O sistema faz uso dos sensores MAX30102 (oximetria e batimentos cardíacos) e MAX30205 (temperatura corporal), além de um display OLED para visualização local dos dados. As informações coletadas são enviadas via Wi-Fi a um servidor em nuvem IoT, onde podem ser analisadas e visualizadas por profissionais de saúde. O estudo demonstra a eficácia da plataforma ESP32 em sistemas médicos portáteis e de baixo custo, permitindo monitoramento remoto e detecção precoce de anomalias.

Aplicação em sistemas embarcados: O artigo exemplifica a integração de sensores biomédicos com o ESP32 para coleta e transmissão de dados fisiológicos em tempo real. Trata-se de uma aplicação direta de sistemas embarcados em dispositivos de telemedicina e monitoramento contínuo, com potencial para ser replicada em projetos acadêmicos e clínicos.

5.2.3 Uma proposta de construção e utilização de um sensor de presença simplificado

Autores: Alice Assis, Jéssica Miranda e Souza, Jorge Luis Carneiro Junior, Henrique Buday de Oliveira.

Publicado em: 2015, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 3, p. 809–823.

Link: Artigo

Tecnologia relacionada: Sensor de presença infravermelho, transmissor e receptor IR, circuito eletrônico de detecção.

Resumo: Este artigo propõe a construção e o uso de um sensor de presença simplificado como atividade experimental aplicada ao ensino de Física. O dispositivo simula sensores de movimento infravermelho usados em sistemas automáticos de iluminação predial, demonstrando o funcionamento de um circuito emissor e receptor de radiação infravermelha. O projeto utiliza componentes eletrônicos reaproveitados de equipamentos descartados (como resistores, transistores, fotodiodos, LEDs IR e buzzers) enfatizando a importância do reaproveitamento tecnológico e da consciência ambiental. Além da montagem e explicação do funcionamento do circuito, o estudo incentiva a reflexão sobre obsolescência programada, lixo eletrônico e impactos ambientais decorrentes do descarte inadequado de materiais.

Aplicação em sistemas embarcados: O estudo apresenta uma base tecnológica diretamente aplicável ao desenvolvimento de sistemas embarcados que envolvem detecção de movimento e controle automático, como sistemas de iluminação inteligentes e automação residencial. A proposta demonstra o funcionamento prático de sensores IR e transistores em circuitos de chaveamento, conceitos fundamentais em sistemas embarcados modernos, especialmente em aplicações de baixo custo e consumo reduzido de energia.

5.2.4 Um Protótipo de Sistema de Monitoramento Ambiental para Agricultura

Autores: Fábio da Silva Souza, Paulo Henrique Lopes Silva.

Publicado em: 2023, Universidade Federal Rural do Semiárido (UFERSA) e Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Link: Artigo

Tecnologia relacionada: Internet das Coisas (IoT), sensores DHT11 e Higrômetro, microcontrolador ESP32, plataforma Firebase e integração via Arduino IDE.

Resumo: Este estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado IoT voltado ao monitoramento ambiental aplicado à agricultura, com foco na coleta e análise de dados climáticos em tempo real. O sistema foi construído a partir de um microcontrolador ESP32, responsável por realizar a leitura de sensores de temperatura e umidade do ar (DHT11) e umidade do solo (Higrômetro), enviando as informações para o banco de dados em nuvem Firebase, gerenciado via JSON. Os dados são então disponibilizados em uma aplicação web desenvolvida em PHP, que exibe gráficos e relatórios em tempo real para auxiliar agricultores na gestão de plantações e prevenção de perdas. A arquitetura emprega sincronização de tempo via NTP e bibliotecas específicas, como ArduinoJson e IOXhop_FirebaseESP32, garantindo precisão e estabilidade na comunicação. O trabalho destaca a viabilidade técnica e o baixo custo de implementação de sistemas IoT aplicados à agricultura, promovendo maior eficiência no uso de recursos naturais e aumento da produtividade.

Aplicação em sistemas embarcados: O artigo demonstra de forma prática a aplicação de conceitos fundamentais de sistemas embarcados, como integração entre sensores analógicos e digitais, conectividade sem fio, processamento descentralizado e armazenamento em nuvem. A escolha do ESP32 como unidade central evidencia o uso de microcontroladores de alto desempenho em projetos agrícolas inteligentes. O estudo também reforça o papel dos sistemas embarcados conectados à IoT na automação e sustentabilidade da agricultura de precisão, exemplificando uma aplicação real de controle ambiental e coleta de dados em tempo real.

6. Comparativo com produtos similares

Para avaliar o desempenho e a relevância do sistema proposto, é essencial realizar uma análise comparativa com produtos comerciais que desempenham funções semelhantes de monitoramento de sinais vitais e parâmetros fisiológicos. Essa comparação permite identificar lacunas tecnológicas, diferenciais de custo e oportunidades de melhoria em termos de conectividade, sensores integrados, design e usabilidade.

Na tabela a seguir, são apresentados cinco dispositivos de mercado pertencentes à mesma categoria de monitores multiparamétricos, abrangendo tanto modelos de gerações anteriores quanto versões mais recentes. A tabela compara suas principais especificações técnicas (incluindo sensores integrados, formas de conectividade, interface de usuário, dimensões e preço aproximado) com o objetivo de contextualizar o posicionamento do projeto proposto dentro do cenário atual de tecnologias biomédicas embarcadas.

7. Referências

ABDULMALEK, S.; MAHFUZ, M. S.; RAHMAN, M. A.; AL MAMUN, A.; ISLAM, S. M. S. IoT-Based Healthcare-Monitoring System towards Improving Quality of Life: A Review. Healthcare, v. 10, n. 1993, p. 1–32, 2022. DOI: 10.3390/healthcare10101993.

ASSIS, A.; SOUZA, J. M.; CARNEIRO JUNIOR, J. L.; OLIVEIRA, H. B. Uma proposta de construção e utilização de um sensor de presença simplificado. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 3, p. 809–823, dez. 2015. DOI: 10.5007/2175-7941.2015v32n3p809.

COSTA, R. D. Proposta de Arquitetura para Controle de Atuadores em Cidades Inteligentes: Aplicação na Plataforma InterSCity. Monografia (Graduação em Engenharia de Computação) — Universidade de Brasília, Brasília, DF, 2018.

DRE MEDICAL. Echo Capnography Monitor (#60129SCRS). MFI Medical. Disponível em: https://mfimedical.com/collections/vital-signs-monitors/products/dre-echo-capnography-monitor. Acesso em: 9 nov. 2025.

EDAN INSTRUMENTS INC. M3 Vital Signs Monitor. MFI Medical. Disponível em: https://mfimedical.com/collections/vital-signs-monitors/products/edan-m3-vital-signs-monitor. Acesso em: 9 nov. 2025.

ESPRESSIF. ESP-IDF API Guides – Wi-Fi Driver. Disponível em: https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-guides/wifi.html. Acesso em: 9 nov. 2025.

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