Saúde e vestíveis · 2026/1

Etilômetro passivo

Estudo Teórico-Exploratório: Etilômetro Passivo

Integrantes do Grupo

  • Nome Completo: Julio Cesar Almeida Dourado - Matrícula: 211030809
  • Nome Completo: Leandro Almeida Rocha Santos - Matrícula: 211062080
  • Nome Completo: Pedro Cabeceira de Freitas - Matrícula: 211043727

1. Descrição do Produto Selecionado

1.1 Visão Geral e Contextualização

O iBlow 10 Pro é um etilômetro passivo projetado para a detecção rápida da presença de álcool no ar expirado, sendo amplamente utilizado em operações de fiscalização, segurança e controle de acesso. Seu diferencial está na capacidade de realizar testes sem contato direto com o usuário, proporcionando maior agilidade, higiene e eficiência em procedimentos de triagem. Graças à sua portabilidade e facilidade de operação, o equipamento pode ser empregado em diversos ambientes, desde blitz de trânsito até programas de segurança ocupacional em empresas e indústrias.

Funções principais:

  • Detecção rápida da presença de álcool no ar expirado;
  • Realização de testes sem contato físico direto com o usuário;
  • Resposta imediata para procedimentos de triagem;
  • Sinalização visual e sonora dos resultados;
  • Operação portátil para uso em campo.

Público-alvo: o equipamento é destinado a órgãos de fiscalização de trânsito, forças de segurança pública, empresas, indústrias e demais instituições que necessitam realizar triagens rápidas e eficientes para a detecção da presença de álcool.

Contexto de uso: o iBlow 10 Pro é utilizado principalmente em operações de fiscalização de trânsito, controle de acesso a áreas restritas, programas de segurança ocupacional, inspeções de rotina e eventos que demandam monitoramento preventivo do consumo de bebidas alcoólicas, contribuindo para a segurança e a prevenção de riscos.

Fotos do produto:

Figura 1 – Vista geral do Etilômetro iBlow 10 Pro
Produto
Fonte: Health Safety (2026).

Figura 2 – Detalhes aproximados do dispositivo (Close Up)
CloseUp
Fonte: Health Safety (2026).

Figura 3 – Maleta de transporte e acondicionamento
Maleta
Fonte: Health Safety (2026).

Figura 4 – Demonstração de uso do etilômetro passivo
Demonstração
Fonte: Health Safety (2026).

1.2 Componentes e Sensores Utilizados

Os principais componentes e sensores utilizados no equipamento são:

  • Sensor eletroquímico de álcool: componente responsável por detectar a presença de etanol no ar expirado e converter essa informação em um sinal elétrico proporcional à concentração identificada.
  • Microcontrolador: realiza o processamento dos sinais provenientes do sensor, executa os algoritmos de análise e controla o funcionamento geral do equipamento.
  • Display digital: utilizado para exibir informações operacionais, mensagens de status, resultados de testes e configurações do dispositivo.
  • Indicadores luminosos (LEDs): fornecem sinalização visual rápida sobre o resultado da triagem e o estado de funcionamento do equipamento.
  • Alto-falante ou buzzer: responsável pela emissão de alertas sonoros e confirmações de operação.
  • Bateria recarregável: fornece alimentação elétrica portátil para utilização em campo durante operações de fiscalização e inspeção.
  • Portas de comunicação e carregamento: utilizadas para transferência de dados, configuração do equipamento e recarga da bateria.
  • Botões de operação: responsáveis por permitir a interação do usuário com o equipamento, possibilitando funções como ligar e desligar o dispositivo, iniciar medições, acessar menus de configuração e navegar pelas opções disponíveis no display.

Fotos do interior do produto:

Figura 5 – Vista dos componentes internos do equipamento
Interno
Fonte: FCC ID (2026).

Figura 6 – Placa de circuito impresso (Vista Frontal)
PlacaFrente
Fonte: FCC ID (2026).

Figura 7 – Placa de circuito impresso (Vista Traseira)
PlacaTras
Fonte: FCC ID (2026).

1.3 Tecnologias de Comunicação e Controle

As principais tecnologias de comunicação presentes no equipamento são:

  • Bluetooth (BLE): permite a comunicação sem fio com dispositivos móveis para transferência de dados, configuração e gerenciamento dos registros de testes.

  • Comunicação serial interna: empregada na troca de informações entre o microcontrolador e os demais componentes eletrônicos do dispositivo, como sensores e display.


2. Análise Técnica do Funcionamento

2.1 Principais Módulos do Sistema

O sistema do etilômetro portátil pode ser decomposto em cinco módulos lógicos principais, que operam de forma integrada para garantir a coleta, processamento e exibição das medições de álcool:

  1. Módulo de Aquisição de Dados (Sensores):

    • Sensor MQ-3: Responsável por detectar a concentração de álcool no ar expirado. Opera como um sensor de gás semicondutor, variando sua resistência interna conforme a exposição a vapores de etanol. Como sua saída analógica pode ultrapassar os 3,3 V da ESP32, requer um divisor de tensão (resistores de 1 kΩ e 2 kΩ) para adequação do sinal ao conversor ADC do microcontrolador.
    • Sensor DHT11: Monitora continuamente a temperatura e a umidade relativa do ambiente. Esses dados são utilizados como parâmetros de compensação ambiental, mitigando variações nas leituras do MQ-3 causadas por condições climáticas externas.
  2. Módulo de Processamento e Controle:

    • ESP32 NodeMCU (ESP32-WROOM-32D): Atua como cérebro do sistema, gerenciando a leitura dos sensores via GPIOs, executando a conversão analógico-digital (ADC), aplicando algoritmos de calibração e controlando todos os demais módulos. Alimentada via USB, ela também hospeda o software de controle do ponto de acesso Wi-Fi e do servidor WebSocket.
  3. Módulo de Interface Física:

    • Display OLED SSD1306 (I2C): Fornece feedback visual imediato ao usuário, exibindo o status do dispositivo (aguardando sopro, medindo, resultado), os valores de álcool, temperatura e umidade, mesmo sem a presença de um smartphone conectado.
  4. Módulo de Comunicação e Conectividade:

    • Wi-Fi em modo AP (Access Point): A ESP32 gera uma rede Wi-Fi própria (Etilometro-AP, por exemplo), permitindo que qualquer smartphone se conecte diretamente ao dispositivo.
    • Captive Portal e Servidor Web: Um servidor HTTP embutido intercepta as requisições do navegador do celular e redireciona automaticamente para a interface HTML local, eliminando a necessidade do usuário digitar um endereço IP manualmente.
    • WebSockets: Protocolo de comunicação full-duplex sobre TCP que permite a transmissão em tempo real dos dados dos sensores do servidor (ESP32) para o cliente (smartphone), sem necessidade de polling ou recarga da página.
  5. Módulo de Armazenamento e Exportação:

    • Sistema de Arquivos SPIFFS/LittleFS na ESP32: Responsável por persistir o histórico de medições localmente na memória flash do microcontrolador. O usuário pode, a qualquer momento, solicitar o download desse histórico em formato CSV diretamente pelo navegador do celular.

2.2 Identificação de Tecnologias Críticas

A reprodução do etilômetro com ESP32 depende de algumas tecnologias e técnicas que garantem o funcionamento integrado e a experiência do usuário:

  1. Conversão Analógico-Digital (ADC) da ESP32: O sensor MQ-3 gera um sinal analógico contínuo proporcional à concentração de gás. A ESP32 possui conversores ADC de 12 bits (resolução de 4096 níveis) nos pinos GPIO. É fundamental que o sinal do MQ-3, proveniente do divisor de tensão, seja lido por um pino ADC compatível (como GPIO34, GPIO35, GPIO36 ou GPIO39), garantindo precisão na digitalização e evitando danos aos pinos de 3,3 V.

  2. Comunicação I2C para Display OLED: O display SSD1306 utiliza o barramento I2C, que requer apenas duas linhas de dados (SDA e SCL) alimentadas em 3,3 V. A ESP32 possui múltiplos barramentos I2C configuráveis via software. É essencial o uso de pull-ups (geralmente de 4,7 kΩ) nas linhas SDA e SCL para estabilidade do sinal, principalmente em ambientes com ruído eletromagnético.

  3. Protocolo WebSocket (RFC 6455): Diferente de requisições HTTP tradicionais, onde o cliente precisa perguntar repetidamente se há novos dados (polling), o WebSocket estabelece uma conexão persistente e bidirecional. Isso é crítico para o etilômetro, pois permite que a ESP32 "empurre" instantaneamente as atualizações de leitura do MQ-3 e do DHT11 para a interface web no celular assim que o sopro é detectado, garantindo uma experiência de baixa latência e alta responsividade.

  4. Captive Portal (DNS Spoofing): Para que o usuário não precise saber o endereço IP da ESP32, o dispositivo executa um servidor DNS que responde a qualquer consulta com o próprio IP local (como 192.168.4.1). Quando o smartphone detecta uma rede sem acesso à internet, o sistema operacional (Android/iOS) dispara automaticamente uma requisição HTTP de verificação de captive portal, que é interceptada pela ESP32 e redirecionada para a página HTML do etilômetro.

  5. Sistema de Arquivos em Flash (SPIFFS / LittleFS): A ESP32 permite o uso de parte de sua memória flash como um sistema de arquivos. Essa tecnologia é necessária para armazenar tanto os arquivos estáticos da interface web (HTML, CSS, JavaScript) quanto o arquivo de histórico de medições em formato CSV. O LittleFS é preferível ao SPIFFS por ser mais robusto contra corrupção de dados e oferecer melhor desempenho em cenários de escrita frequente.

  6. Calibração do Sensor MQ-3: O MQ-3 não fornece leituras absolutas de mg/L ou ‰BAC diretamente. É necessário um processo de calibração que relaciona a resistência do sensor (Rs) à resistência em ar limpo (R0), aplicando a curva característica do datasheet do fabricante e compensando com os dados do DHT11. Esse algoritmo de calibração é uma tecnologia crítica embutida no firmware da ESP32.


3. Proposta de Reprodução com ESP32

3.1 Descrição Conceitual

A reprodução do etilômetro portátil utilizando a ESP32 e o ecossistema ESP-IDF pode ser dividida em camadas de firmware, que replicam as funcionalidades do produto industrial de forma acessível e modular:

  1. Camada de Hardware e Drivers (HAL): No ESP-IDF, o driver do ADC é configurado para ler o pino conectado ao divisor de tensão do MQ-3, utilizando a atenuação de 11 dB para permitir a leitura de tensões de até aproximadamente 3,3 V. O sensor DHT11 é gerenciado por um driver de GPIO que envia o sinal de start de 18 ms e interpreta o protocolo de comunicação de 40 bits (16 bits de umidade, 16 bits de temperatura, 8 bits de checksum). O display SSD1306 é controlado via biblioteca I2C nativa do ESP-IDF ou via biblioteca compatível como a esp-idf-ssd1306, utilizando o barramento I2C mestre (I2C Master) configurado nos pinos padrão ou customizados.

  2. Camada de Lógica e Processamento: Uma tarefa (task) do FreeRTOS, nativo do ESP-IDF, fica responsável por amostrar o ADC do MQ-3 a uma taxa fixa (ex: 100 ms). Quando detecta uma variação significativa de resistência, indicando um sopro, a tarefa inicia uma rotina de medição de 5 a 10 segundos, calculando a média das amostras para reduzir ruído. Simultaneamente, outra tarefa lê o DHT11 periodicamente e aplica fatores de compensação à leitura do álcool. O resultado final é convertido para uma unidade legível (ex: mg/L ou classificação textual como "Negativo", "Alerta", "Positivo") e postado em uma fila (queue) para ser consumido pelos módulos de interface.

  3. Camada de Comunicação e Servidor Web: A ESP32 inicializa o modo AP via API esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_AP), configurando um SSID e senha predefinidos. Um servidor HTTP leve (como o esp_http_server) é iniciado para servir os arquivos estáticos da interface (HTML/CSS/JS) armazenados no SPIFFS/LittleFS. Em paralelo, um servidor WebSocket é registrado no mesmo servidor HTTP usando o handler httpd_register_uri_handler. Quando um cliente (smartphone) se conecta via WebSocket, o firmware envia periodicamente os dados processados dos sensores em formato JSON ({"alcool": 0.35, "temp": 26, "umidade": 60, "status": "medindo"}).

  4. Camada de Interface do Usuário (Front-End): A interface web é um arquivo HTML único com CSS embutido e JavaScript. O JavaScript utiliza a API nativa WebSocket do navegador para se conectar ao endpoint ws://192.168.4.1/ws. A página exibe um botão "Iniciar Teste", um painel com os valores em tempo real e um gráfico de barras que anima conforme a concentração de álcool. Também há um botão "Salvar Medição" que, ao ser clicado, envia um comando via WebSocket para a ESP32 registrar aquela medição no arquivo CSV local, e outro botão "Baixar Histórico" que solicita o download do arquivo historico.csv através de uma rota HTTP GET (/download).

  5. Camada de Persistência: A cada nova medição confirmada pelo usuário, o firmware abre o arquivo /spiffs/historico.csv (ou /littlefs/historico.csv) em modo append, escreve uma nova linha no formato timestamp,alcool_mgL,temperatura,umidade e fecha o arquivo. O sistema garante que, mesmo após desligamento, os dados permanecem na flash da ESP32.

3.2 Diagrama Conceitual do Sistema

O diagrama a seguir representa a arquitetura de blocos do etilômetro proposto. Para facilitar a construção, as instruções para criar o diagrama estão descritas abaixo. Diagrama de Blocos

3.3 Limitações e Desafios Esperados

Apesar da ESP32 ser uma plataforma poderosa e flexível, a recriação de um etilômetro industrial com componentes de baixo custo apresenta limitações técnicas e desafios que devem ser considerados:

  1. Precisão e Calibração do MQ-3: Sensores de gás da série MQ possuem baixa repetibilidade entre unidades e sofrem forte deriva (drift) ao longo do tempo. Um etilômetro industrial utiliza células de combustível eletroquímicas calibradas de fábrica com precisão de ±0,005 ‰BAC. O MQ-3, sem calibração rigorosa contra um padrão conhecido, pode apresentar erros de 20% a 50% na estimativa real de concentração de álcool. O sistema proposto depende de uma calibração empírica em ambiente controlado.

  2. Linearidade e Faixa Dinâmica do ADC da ESP32: O ADC da ESP32 possui não-linearidades conhecidas nas extremidades de sua faixa de operação (próximo a 0 V e 3,3 V) e pode apresentar ruído dependendo da fonte de alimentação. Medições de álcool que resultem em tensões muito baixas ou muito altas podem ser distorcidas, exigindo o uso de filtros digitais (média móvel, filtro de Kalman) no firmware.

  3. Vida Útil e Estabilidade dos Sensores: O sensor DHT11 possui baixa precisão (±2 °C para temperatura e ±5% para umidade) e tempo de resposta lento (2 a 10 segundos), o que pode comprometer a compensação ambiental em variações rápidas. Além disso, o elemento de aquecimento do MQ-3 consome corrente continuamente (~150 mA), aquecendo o próprio sensor e podendo afetar as leituras do DHT11 se ambos estiverem muito próximos fisicamente.

  4. Consumo de Energia e Autonomia: Como o dispositivo é alimentado via USB e opera como Access Point Wi-Fi contínuo, o consumo médio fica entre 200 mA e 500 mA. Isso inviabiliza o uso com baterias portáteis por longos períodos sem recarga frequente. Bafômetros comerciais utilizam baterias de alta densidade energética e modos de deep sleep entre medições, algo que não se aplica ao modo AP constante da ESP32.

  5. Segurança da Comunicação Wi-Fi: A rede Wi-Fi gerada pela ESP32 em modo AP, mesmo com senha WPA2, é inerentemente menos segura que conexões Bluetooth LE emparelhadas e criptografadas utilizadas em etilômetros comerciais modernos. Além disso, o protocolo WebSocket padrão não criptografa os dados (ausência de TLS/SSL na ESP32 em modo AP), o que pode expor os dados do usuário em ambientes não confiáveis.

  6. Capacidade de Armazenamento Limitada: A memória flash disponível para SPIFFS/LittleFS em uma ESP32 comum é de alguns megabytes (geralmente até 4 MB). Embora suficiente para um histórico de milhares de medições em CSV, não se compara à capacidade de armazenamento em nuvem ou memória EEPROM dedicada de produtos industriais, que podem guardar anos de dados.


4. Pesquisa Bibliográfica e Tecnológica

4.1 Tecnologias que viabilizam o produto (4 Artigos)

Atenção: Os links levam diretamente para a fonte. Não foram feitos uploads de PDFs no repositório.

  1. IoT-Based Alcohol Presence Detection in Soy Sauce Using MQ-3 and ESP32

    • Resumo e Aplicação: Este artigo detalha a construção de um sistema de detecção de álcool integrando o sensor de gás MQ-3 ao microcontrolador ESP32, convertendo os sinais analógicos do sensor em estimativas digitais (ppm e porcentagem). A pesquisa valida o núcleo de hardware do bafômetro, demonstrando a viabilidade de usar a ESP32 para processar os dados do MQ-3 e transmiti-los via Wi-Fi, além de exibi-los em um visor físico local simultaneamente.
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  2. Remote Control System for a VTOL UAV Stand with Computer Vision Elements

    • Resumo e Aplicação: O estudo implementa um servidor HTTP local a partir de uma conexão Wi-Fi gerada pelo módulo embutido da própria placa ESP32. A principal aplicação para o projeto é a utilização do mecanismo de "Captive Portal" (Portal Cativo), que permite que os usuários se conectem à rede e sejam automaticamente redirecionados para a interface web de controle (em HTML/CSS) no celular, eliminando a necessidade de digitar endereços de IP manualmente.
    • Link do PDF: Acessar Artigo
  3. IoT-Based Real-Time Multi-Node Health Monitoring System Using ESP32 and Biomedical Sensors

    • Resumo e Aplicação: O artigo demonstra a arquitetura de um sistema em que o microcontrolador ESP32 coleta dados de sensores e os envia em tempo real utilizando o protocolo de WebSockets. A aplicação em sistemas embarcados justifica como os dados do sopro serão transmitidos para a interface front-end sem latência: os WebSockets permitem "empurrar" as atualizações contínuas para o celular sem a necessidade de recarregar a página web constantemente, garantindo sincronia imediata entre o sopro e a tela.
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  4. Development and Application of an Electronic Nose System for Classifying Coffee Varieties Based on Aromatic Profiles

    • Resumo e Aplicação: A pesquisa aborda a utilização de um conjunto de sensores de gás (incluindo o MQ-3) trabalhando em conjunto com um sensor de ambiente da linha DHT. Esta tecnologia justifica o uso do sensor DHT11, pois demonstra que variáveis ambientais (como temperatura e umidade) interferem na condutividade e nas leituras dos sensores da série MQ. O monitoramento contínuo do clima calibra o sistema e mitiga as variações nas medições de álcool, tornando os resultados do bafômetro muito mais precisos.
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4.2 Aplicação / Uso do produto (4 Artigos)

  1. A Lightweight In-Vehicle Alcohol Detection Using Smart Sensing and Supervised Learning

    • Resumo e Aplicação: Este artigo propõe um sistema de segurança de detecção de álcool utilizando sensores MQ-3 operados em conjunto com um microcontrolador moderno. A aplicação valida diretamente o uso do produto como um sistema focado na segurança preventiva e embarcada, demonstrando na prática como a leitura das concentrações de álcool no ambiente pelo sensor MQ-3 pode ser processada para evitar que motoristas embriagados dirijam, destacando a alta precisão e a baixíssima latência do sistema de hardware.
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  2. Changes in alcohol consumption during the COVID-19 pandemic: a longitudinal cohort study using smart-breathalyzer data

    • Resumo e Aplicação: O estudo analisa o comportamento de mais de 25.000 usuários através de dados reais coletados por bafômetros inteligentes com conexão a dispositivos móveis. A principal aplicação para o produto é a validação clínica de que bafômetros portáteis integrados a smartphones são ferramentas altamente objetivas e valiosas para o rastreamento pessoal contínuo. Isso justifica a função do projeto de gerar e salvar o histórico em CSV no celular, comprovando que essa automação fornece dados reais e imediatos muito superiores às pesquisas de memória e autoavaliação humana.
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  3. Internet of things based smart framework for the safe driving experience of two wheelers

    • Resumo e Aplicação: O artigo detalha uma estrutura inteligente baseada em Internet das Coisas (IoT) desenvolvida para avaliar a embriaguez do condutor e interagir diretamente com a ignição do veículo em tempo real. A aplicação prática descrita fundamenta o uso da conectividade Wi-Fi e monitoramento constante do bafômetro, validando o conceito de que sistemas portáteis IoT podem registrar o estado do usuário com rapidez, emitir alertas imediatos (através de interfaces conectadas) e prevenir acidentes de trânsito de forma ativa.
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  4. A Smart Wristband Integrated with an IoT-Based Alarming System for Real-Time Sweat Alcohol Monitoring

    • Resumo e Aplicação: Esta pesquisa demonstra a construção de um dispositivo de monitoramento de álcool na pele usando especificamente um sensor de gás e um microcontrolador ESP32 para enviar os dados via rede sem fio. A aplicação espelha a arquitetura do produto: ela justifica perfeitamente a viabilidade de usar a ESP32 para calcular as medições e transmiti-las por Wi-Fi a uma interface externa no smartphone em tempo real, gerando sistemas de notificação gráfica no instante em que o limite ilegal de álcool é ultrapassado.
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5. Comparativo com Produtos Similares

Característica / Especificação iBlow 10 Pro (Produto em Estudo) Dräger Alcotest 5000 (Concorrente 1) Dräger Alcotest 6000 (Concorrente 2) Alco-Sensor FST (Concorrente 3) AlcoQuant 6020 Plus (Concorrente 4) Intoximeters VXL (Concorrente 5)
Processador/Controlador Não divulgado Não divulgado Não divulgado Não divulgado Não divulgado Não divulgado
Conectividade Bluetooth USB Bluetooth e USB Serial / NFC (em modelos recentes) Interface Serial RS-232 / USB Bluetooth, USB e Interface Serial
Sensores Principais Célula Eletroquímica (Fast SURACELL) DrägerSensor Eletroquímico (otimizado para fluxo de ar) DrägerSensor Eletroquímico (alta precisão) Célula Eletroquímica padrão Sensor Eletroquímico E-100 Célula Eletroquímica de contato ampliado
Alimentação/Bateria Bateria recarregável Li-Po (1200mAh) via USB-C 3x Pilhas AA (Alcalinas) 1x Bateria de Lítio (CR123A) 2x Pilhas AA (Alcalinas) 4x Pilhas AA (Alcalinas ou NiMH) 4x Pilhas AA (Alcalinas)

6. Referências Bibliográficas

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