IoT

Quando criamos um dispositivo temos como objetivo sanar uma necessidade ou problema, que quando não são devidamente atendidos geram grande insatisfação. Ao longo dos anos foi necessário melhorar cada dia mais o processo de pesquisa e desenvolvimento de hardware a fim de atingir essa qualidade necessária.

Apesar de cada dispositivo envolver um projeto diferente, com requisitos diferentes, componentes diferentes e problemas diferentes, em geral todos concebem um método muito similar, começando com levantamento de requisitos, testes e enfim, o refinamento.

É considerando esses pontos que a Vsoft busca executar projetos de hardware com qualidade. Por isso, vou explicar um pouco do passo a passo executado na nossa rotina de trabalho.

O desafio

Diferentemente do software, que pode ser muitas vezes testado sem custo algum, ou ser refeito sem custo adicional, no desenvolvimento de hardware a realidade é outra. Ao ser fabricado, cada dispositivo gera custos e caso seja necessário uma atualização, para uma correção ou incremento de funcionalidades, por exemplo, é gerado um novo custo para aqueles que financiam o projeto.

Outro desafio que nós do setor de Pesquisa de Hardware enfrentamos é, além da análise do fluxo de dados como na pesquisa de software, analisar o ambiente em que se encontrará o dispositivo funcionando, para garantir que não haverá interferências externas em seu funcionamento, a exemplo de fatores como temperatura ou sinais eletromagnéticos externos.

Assim, para garantir a efetividade do projeto, precisamos alinhar todo o trabalho dentro de um processo assertivo. Confira a seguir.

Definindo o problema e regras iniciais para solucioná-lo

Antes de construir qualquer circuito de teste ou escrever a primeira linha de código, na Vsoft, iniciamos uma análise completa do cenário, buscando entender qual a necessidade exata que deverá ser sanada. Em seguida, começamos um levantamento inicial de requisitos do sistema para definir as primeiras funcionalidades que serão necessárias para suprir essa necessidade.

Nesse primeiro momento não se busca completar 100% da necessidade, porque sempre existem requisitos que não são visíveis durante a primeira etapa do projeto, porém devem ser levantados os pontos críticos, que são aqueles pontos que justificam a existência do projeto em si.

Para facilitar o entendimento do processo de desenvolvimento e pesquisa aqui explicado, tomaremos um exemplo hipotético de um dispositivo que deverá medir a temperatura de freezers e enviá-los para uma central que fará monitoramentos e criará alertas, caso a temperatura suba além da margem de segurança. O problema a ser sanado é o desligamento inesperado de freezers, ou má manutenção que acarreta em um aumento da temperatura, estragando os produtos armazenados e gerando um desperdício de recursos.

No primeiro momento sabemos que o aparelho deverá medir temperaturas abaixo de zero; que precisará fazer um envio durante todo o dia e, para isso, deverá possuir algum tipo de conexão sem fio para facilitar a instalação. Também devem ser decididas algumas regras da parte de funcionamento de software. Em um exemplo hipotético, decidimos um intervalo inicial de amostragem de temperatura, que será realizado a cada 1 hora, tendo o envio dos dados no formato JSON para facilitar a integração com servidor.

Escolhendo o hardware de testes

Fonte: https://sites.google.com/site/metaeletronica/fabrica/construindoumaprotoboard

Após definidos os requisitos iniciais, é hora de indicar quais hardwares irão atender a esses primeiros requisitos, e é nesse momento que deve ser feita uma análise bastante cuidadosa, pois nesse ponto começarão a aparecer custos de projeto para aquisição dos hardwares de testes (caso os primeiros custos não tenham sido estudo de campo para avaliar o problema).

O hardware escolhido, a princípio, deve não só atender aos requisitos iniciais, mas também possuir baixo custo. Neste momento não se deve focar em adquirir um hardware final já pronto para entregar ao cliente, como placas de circuito impressas ou microcontroladores prontos para placas impressas, pois durante os testes de bancada e de campo irão aparecer novos requisitos que levarão a novos ajustes de hardware, ou seja, é recomendável que sejam escolhidos kits de desenvolvimento, normalmente compostos por módulos prontos, placas de avaliação de microcontroladores ou placas de eletrônica básica que possuem o microcontrolador desejado, como, por exemplo Arduino, NodeMCU, Adafruit Huzzah Feather, Raspberry etc.

Passando para a parte de sensores, é recomendado escolher módulos prontos para encaixe em protoboard ou com o uso de jumpers para encaixar na placa de validação. Seguindo o exemplo hipotético, deverá ser um sensor capaz de funcionar em uma faixa de temperatura igual ou maior a temperatura de funcionamento do freezer, de forma que o sensor seja capaz de medir qualquer valor da temperatura interna.

Nesse momento, então, monta-se o primeiro circuito para testes iniciais e damos início ao software de validação, que deverá conter as funcionalidades mínimas necessárias para o funcionamento básico, também chamado de produto viável mínimo (igualmente encontrado na literatura como MVP do inglês minimum viable product).

Voltando ao exemplo hipotético, o MVP seria um circuito montado em protoboard capaz de medir as temperaturas com um timer que a cada 1 hora, que lê o sensor conectado com um longo fio — para que apenas o sensor permaneça dentro do freezer, monta uma mensagem em formato JSON e então envia via Wifi para um servidor.

Iniciando os testes

Após a montagem do primeiro circuito e realização dos testes durante o desenvolvimento do primeiro código, chegou a hora de fazer um teste de resistência do hardware juntamente ao código. Nesse teste o dispositivo deverá ser deixado por funcionamento ininterrupto por horas consecutivas a fim de validar a estabilidade do código e do sensor, pois frequentemente acontece de um dispositivo que só foi testado apenas por alguns minutos, conter problemas de vazamento de memória, superaquecimento e outras adversidades que só aparecem depois de um acúmulo de problemas ao longo do tempo de funcionamento.

Vale lembrar também, que esse primeiro teste ainda é feito num ambiente de testes, como, por exemplo, testes em bancadas, para uma validação inicial em ambiente controlado.

Caso os primeiros testes obtenham sucesso e não seja necessário refazer algum requisito que não estava de acordo com a resolução do problema, podemos seguir para segunda etapa, que é o teste de campo, onde o sensor deverá fazer um segundo teste de resistência, agora, em um ambiente o mais próximo possível do que será o ambiente final de funcionamento.

Um ponto importante desse teste é conhecer quais são as condições do ambiente de funcionamento que ainda não foram mapeadas para que sejam consideradas na próxima etapa.

Fase final: refinamento do hardware

Essa é a etapa mais longa e complexa de todo o projeto, pois é o momento de começar a construção do dispositivo voltado para o funcionamento final. Nela, é necessário sermos bem criteriosos quanto ao cumprimento dos requisitos levantados durante os testes de bancada e de campo, pois se feitos de qualquer forma, os usuários do dispositivo irão notar má qualidade devido ao uso prolongado e também pelo fato de ver suas necessidades não sendo atendidas.

Portanto, nesse momento, as placas fabricadas devem possuir ótima qualidade e durabilidade, assim como os componentes utilizados e o método de fabricação, que também será definido durante o refinamento.

Na fase de refinamento, vários fatores como fornecedores, fabricantes e maquinário necessário também interferem e tornam a etapa mais complexa, pois deve ser encontrado um equilíbrio entre custo, qualidade e fornecimento. Não adianta escolhermos as melhores peças do mundo se irá custar uma fortuna porque os componentes precisam ser importados de outro país, a menos que o custo final do dispositivo ou do serviço em que será usado cubra os custos.

Voltando ao exemplo hipotético, traremos os problemas também hipotéticos de rede wifi instável e acúmulo de gelo nos sensores e dispositivos. Se não é possível garantir que a rede WiFi estará estável, então, é possível adicionar uma rede 3G em paralelo ou até trocar por uma rede LoRa ou Sigfox se disponível na região, de forma redundante, a fim de obter alta disponibilidade.

Já no caso do acúmulo de gelo, é importante fazer com que o dispositivo seja feito a prova d'água, ou, ainda, um modelo com sensor à prova d’água também pode ser criado, fazendo com que a medição não sofra interferências. Além disso, o sensor também deve considerar fácil instalação dentro do freezer e o restante do dispositivo deve permanecer na parte externa.

Conclusão

Hardware e software andam sempre de mãos dadas, sendo o hardware a conexão do software com o mundo físico, permitindo assim que o software “sinta” o mundo ao seu redor, processe-o e, então, possa atuar a fim de solucionar o problema para o qual o dispositivo foi criado.

E quando novos problemas surgem, novos dispositivos são necessários, dispositivos esses que são concebidos através do processo aqui demonstrado pelo setor de pesquisa e desenvolvimento de hardware da Vsoft, com o intuito de conseguir suprir todos os problemas dos clientes, gerando soluções inteligentes, robustas e eficazes para os problemas que o software sozinho não é capaz de solucionar. Assim, seguindo esse processo, você e sua empresa também podem otimizar todas as etapas de desenvolvimento e pesquisa de hardware.

Gostou do conteúdo? Então convido você a continuar lendo outros textos no blog da Vsoft.

Author

Moisés Cavalcanti

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