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https://github.com/nicolasraf/vigia_das_aguas-embarcatech

Final project of the Embarcatech preparation program with embedded systems, this project refers to the final work of the first part, before a possible residency by the program.
https://github.com/nicolasraf/vigia_das_aguas-embarcatech

bitdoglab c embedded-systems raspberry-pi-pico-w

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Final project of the Embarcatech preparation program with embedded systems, this project refers to the final work of the first part, before a possible residency by the program.

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README 

          
# Vigia das Águas: Sistema para Prevenção de Enchentes



Projeto final desenvolvido para o curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí – Campus Teresina Central. O objetivo é implementar um sistema de monitoramento em tempo real do nível da água em rios e outros corpos d'água, contribuindo para a prevenção de enchentes.



[Link para documentação completa](https://docs.google.com/document/d/1IkiMZ2We-Jzd_8WtnYCGIQL5CQdvDJh0wnUJxQ2tYYc/edit?usp=sharing)



## Sumário



- [Objetivos do Projeto](#objetivos-do-projeto)

- [Descrição do Funcionamento](#descrição-do-funcionamento)

  - [Modos de Funcionamento](#modos-de-funcionamento)

  - [Níveis de Alarme](#níveis-de-alarme)

  - [Interfaces e Telas](#interfaces-e-telas)

- [Justificativa](#justificativa)

- [Especificação do Hardware](#especificação-do-hardware)

  - [Componentes Utilizados](#componentes-utilizados)

  - [Pinagem Utilizada](#pinagem-utilizada)

- [Especificação do Firmware](#especificação-do-firmware)

- [Execução do Projeto](#execução-do-projeto)



## Objetivos do Projeto



O projeto tem como objetivo principal desenvolver um sistema que:



- Realize o monitoramento em tempo real do nível da água em rios e corpos d’água;

- Colete dados precisos da distância da água por meio de sensores, permitindo a avaliação dos níveis e a taxa de aumento;

- Emita alertas visuais e sonoros para notificar comunidades ribeirinhas em situações de risco;

- Seja uma solução de baixo custo e fácil implantação, utilizando a placa BitDogLab com Raspberry Pi Pico W e o sensor ultrassônico HC-SR04;

- Tenha um software modular e eficiente, desenvolvido em linguagem C, facilitando a manutenção e a expansão do sistema.



## Descrição do Funcionamento



O sistema é implementado com a placa didática BitDogLab, que integra o microcontrolador Raspberry Pi Pico W, e utiliza o sensor ultrassônico HC-SR04 para medir a distância até a superfície da água. As leituras são realizadas em intervalos configuráveis, e os dados são processados para determinar se o nível da água está em condições normais ou se há risco iminente.



### Modos de Funcionamento



- **Modo Primário (Média das Leituras):**  

  Calcula a média de todas as leituras coletadas em um período, atenuando ruídos e valores atípicos para uma medição mais estável e confiável.



- **Modo Secundário (Última Leitura):**  

  Exibe a leitura mais recente do sensor, oferecendo uma resposta imediata às variações rápidas do nível da água, embora possa ser mais suscetível a ruídos.



### Níveis de Alarme



O sistema define três estados de alarme baseados na distância medida pelo sensor:



- **Estado Seguro:**  

  Distância ≥ 40 cm – LED verde aceso, sem alerta sonoro.

- **Modo de Atenção:**  

  20 cm ≤ Distância < 40 cm – Combinação de LEDs (verde e vermelho) com alarme sonoro de intensidade média.

- **Nível de Emergência:**  

  Distância < 20 cm – LED vermelho aceso e alarme sonoro com notas frequentes e de alta intensidade.



### Interfaces e Telas



- **Tela Principal:**  

  Exibe a distância (média ou última leitura), o tempo até a próxima medição e a taxa de crescimento do nível da água, calculada através de regressão linear com base nas últimas 10 leituras.



- **Tela de Logs:**  

  Mostra as últimas 10 leituras para permitir a análise de tendências e identificação de variações críticas.



- **Tela de Opções:**  

  Permite a configuração do intervalo de leitura (com opções que variam de 1 segundo a 30 minutos) e a troca entre os modos de operação.



## Justificativa



A implementação do Vigia das Águas responde à necessidade crescente de monitoramento dos níveis de água para prevenir enchentes, proteger comunidades ribeirinhas e combater o negacionismo climático. O sistema busca oferecer dados precisos e confiáveis para ações emergenciais e planejamento a longo prazo, considerando a intensificação dos eventos extremos devido ao aquecimento global.



## Especificação do Hardware



### Componentes Utilizados



- **Placa BitDogLab com Raspberry Pi Pico W:**  

  Possui o microcontrolador RP2040 e integra sensores e atuadores, como o display OLED.



- **Sensor Ultrassônico HC-SR04:**  

  Emite pulsos ultrassônicos e mede o tempo de retorno para calcular a distância com precisão de aproximadamente 3 mm, funcionando entre 2 cm e 4 metros.



- **Buzzer:**  

  Dispositivo responsável pela emissão de alertas sonoros em situações de risco.



- **LED RGB:**  

  Fornece feedback visual, indicando os diferentes níveis de alarme através de cores (verde, amarelo e vermelho).



- **Display OLED:**  

  Apresenta informações em tempo real sobre o monitoramento do nível da água.



### Pinagem Utilizada



| Componente           | Pino no Raspberry Pi Pico W (BitDogLab) | Função                                 |

|----------------------|-----------------------------------------|----------------------------------------|

| HC-SR04 Trigger      | GPIO 17                                 | Envio do sinal ultrassônico            |

| HC-SR04 Echo         | GPIO 16                                 | Recepção do sinal ultrassônico         |

| Buzzer               | GPIO 21                                 | Emissão de alertas sonoros             |

| LED Verde            | GPIO 11                                 | Indicação de estado seguro             |

| LED Vermelho         | GPIO 13                                 | Indicação de emergência                |

| Display OLED (SDA)   | GPIO 14                                 | Comunicação I2C – Dados                |

| Display OLED (SCL)   | GPIO 15                                 | Comunicação I2C – Clock                |



## Especificação do Firmware



Desenvolvido em linguagem C, o firmware utiliza o SDK oficial do Raspberry Pi Pico W e a biblioteca pico-ssd1306 para o display OLED. Suas principais funcionalidades incluem:



- **Inicialização dos Periféricos:**  

  Configuração do sensor ultrassônico, display OLED e outros componentes logo após a energização.



- **Leitura e Processamento dos Dados:**  

  Realiza leituras periódicas do sensor e processa os dados para determinar o nível da água e calcular a taxa de crescimento usando a seguinte equação de regressão linear:



  m = (n *Σ(tᵢ * Lᵢ) − (Σtᵢ)*(ΣLᵢ)) / (n* Σ(tᵢ²) − (Σtᵢ)²)



  Onde:  

  - m é a taxa de crescimento,  

  - n é o número de leituras (10),  

  - tᵢ é o tempo da i-ésima leitura, e  

  - Lᵢ é o nível da água na i-ésima leitura.



- **Interface de Usuário:**  

  Permite a interação através dos botões A (troca de modos) e B (exibição dos logs).



- **Controle de Alertas:**  

  Gerencia os estados de alarme (seguro, atenção, emergência) e aciona LEDs e buzzer conforme os níveis medidos.



## Execução do Projeto



A execução do Vigia das Águas seguiu uma abordagem modular, com as seguintes etapas:



1. **Pesquisa e Levantamento Tecnológico:**  

   Análise de soluções existentes e viabilidade do uso de sensores ultrassônicos para monitoramento de água.



2. **Escolha e Configuração do Hardware:**  

   Seleção da placa BitDogLab, Raspberry Pi Pico W, sensor HC-SR04 e demais componentes, considerando custo, eficiência e compatibilidade.



3. **Desenvolvimento do Software:**  

   Definição das funcionalidades necessárias, como leitura dos sensores, processamento dos dados, interface com o usuário e emissão de alertas.



4. **Estruturação e Modularização do Código:**  

   Implementação em linguagem C, utilizando o SDK oficial e bibliotecas específicas para integração com o hardware, facilitando a manutenção e futuras expansões.



5. **Testes e Validação:**  

   Realização de testes em ambiente controlado para garantir a precisão das medições e a eficácia do sistema de alertas, confirmando a utilidade do cálculo por regressão linear.