O projeto desenvolvido para o Challenge Toledo busca criar um gêmeo digital de um ambiente de pesagem industrial, incorporando tecnologias IoT e integração com a Amazon Web Services (AWS). O objetivo é simular com precisão as operações de pesagem em um ambiente virtual construído na Unreal Engine 5.1.1, sincronizando-o com um protótipo físico construído com ESP32. A conexão entre esses dois ambientes é estabelecida através da porta serial utilizando o plugin Serial COM.
O gêmeo digital permite que operadores e engenheiros realizem testes, otimizem processos, e aprimorem a eficiência do ambiente de pesagem industrial, tudo sem a necessidade de interagir diretamente com o sistema físico, economizando tempo e recursos.
O projeto possui as seguintes funcionalidades principais:
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Gêmeo Digital: Um ambiente virtual detalhado é construído na Unreal Engine 5.1.1, representando o ambiente de pesagem industrial. Ele é uma réplica fiel do sistema físico e permite a interação e simulação com diversos componentes, como sensores, atuadores e dispositivos de controle.
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Protótipo Físico com ESP32: Um protótipo físico é desenvolvido utilizando a plataforma ESP32. Esse protótipo é equipado com sensores e outros dispositivos relevantes para simular o processo de pesagem no ambiente industrial.
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Conexão Serial: A comunicação entre o ambiente virtual e o protótipo físico é estabelecida através da porta serial, utilizando o plugin Serial COM. Dados de sensores e comandos de controle são trocados em tempo real entre os dois sistemas.
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Visualização em Tempo Real: As informações coletadas pelo protótipo físico são transmitidas para o ambiente virtual, permitindo a visualização em tempo real de dados como pesos medidos, status de dispositivos e outras informações relevantes.
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Integração AWS: Os dados de pesagem coletados pelo protótipo físico são enviados para a nuvem da AWS. No IoT Hub da AWS, os dados são redistribuídos entre diversos serviços, incluindo o IoT Analytics e o Quicksight, para análises e visualizações avançadas.
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Controle Remoto: O ambiente virtual possibilita o controle remoto de atuadores no protótipo físico. Isso permite que os usuários testem diferentes cenários e modifiquem o comportamento do sistema físico de forma segura.
O projeto é composto por vários arquivos que são fundamentais para a sua execução e compreensão. Abaixo estão os principais arquivos do projeto:
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ChallengeToledo.ino: Este arquivo contém o código-fonte da programação do ESP32. Ele é responsável por controlar os dispositivos físicos, ler os sensores e estabelecer a comunicação com o ambiente virtual por meio da porta serial. Além disso, o arquivo também incorpora a lógica de conexão Wi-Fi com a AWS para o envio dos dados coletados.
O código implementado nesse arquivo é essencial para o funcionamento adequado do protótipo físico e sua sincronização com o ambiente virtual na Unreal Engine 5.1.1.
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Secrets.h: Arquivo localizado dentro do diretório ESP32/AWS_IOT, onde devem ser preenchidas as informações sensíveis, como chave privada, certificado do dispositivo, certificado da Amazon Root CA e o endpoint do Thing na AWS IoT, bem como informações de conexão Wi-Fi (SSID e senha).
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EletronicaChallenge.xlsx: Esse arquivo é uma planilha eletrônica que descreve detalhadamente as conexões elétricas do protótipo físico desenvolvido com o ESP32. Ele mapeia a ligação dos sensores, atuadores e outros componentes eletrônicos ao ESP32, garantindo que a implementação física corresponda ao que é esperado pelo ambiente virtual. É uma referência importante para quem deseja montar o protótipo e entender a interconexão dos dispositivos.
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Ambiente Virtual na Unreal Engine: O ambiente virtual da Unreal Engine é o coração do projeto. O arquivo fornecido no diretório 'AmbienteVR' é o projeto da Unreal Engine 5.1.1 que representa o ambiente de pesagem industrial em formato virtual. Ele contém todos os ativos, texturas, blueprints e configurações necessárias para criar o gêmeo digital. Os usuários podem abrir esse arquivo na Unreal Engine para visualizar, interagir e simular o ambiente de pesagem industrial.
Para utilizar, siga os passos abaixo:
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Preparação do Ambiente Físico:
- Montar o protótipo físico utilizando a plataforma ESP32 e os sensores necessários para a simulação de pesagem industrial.
- Conectar os dispositivos físicos ao ESP32, garantindo que todos os componentes estejam funcionando corretamente.
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Preparação do Ambiente Virtual:
- Instalar a Unreal Engine 5.1.1 em seu computador.
- Baixar os arquivos do ambiente virtual e importá-los para o projeto na Unreal Engine.
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Conexão Serial:
- Verificar a disponibilidade da porta serial no computador e garantir que o ESP32 esteja conectado corretamente.
- No ambiente virtual, configurar o plugin Serial COM para estabelecer a conexão serial com o ESP32.
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Controle Remoto, Análise e Visualização:
- Observar os dados coletados pelo protótipo físico sendo transmitidos para o ambiente virtual e, posteriormente, enviados para a AWS.
- Utilizar os controles virtuais para interagir com o protótipo físico e avaliar sua resposta.
- Acompanhar e analisar os dados coletados na AWS usando serviços como IoT Analytics e Quicksight.
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Otimização e Melhoria:
- Utilizar os recursos de análise para identificar padrões e otimizar o processo de pesagem industrial, considerando os dados tanto do ambiente virtual quanto da AWS.
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Baixe o arquivo do ambiente virtual da Unreal Engine dentro do diretório 'AmbienteVR' fornecido.
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Abra a Unreal Engine 5.1.1 no seu computador.
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No menu da Unreal Engine, clique em "File" (Arquivo) e selecione "Open Project" (Abrir Projeto).
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Navegue até o local onde salvou o arquivo do ambiente virtual e selecione-o para abri-lo na Unreal Engine.
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Aguarde a Unreal Engine carregar o projeto. Uma vez carregado, você pode explorar e interagir com o gêmeo digital do ambiente de pesagem industrial.
Lembrando que o ambiente virtual na Unreal Engine e o protótipo físico no ESP32 são partes integrantes do projeto. Ambos trabalham em conjunto, permitindo a simulação, teste e otimização do ambiente de pesagem industrial de forma mais segura e eficiente.
O projeto foi desenvolvido por um grupo de alunos do 4º ano do curso de Engenharia da Computação da FIAP. Os membros do grupo são:
| Turma | Nome | RM |
|---|---|---|
| 4ECR | Carlos Henrique Neves Júnior | 82378 |
| 4ECR | Felipe Gabriel Correa da Silva | 85487 |
| 4ECR | Guilherme Rosa Campanha | 84162 |
| 4ECR | Isabela Brito Pessoa | 85912 |
| 4ECA | Leandro de Jesus Luna | 86492 |
| 4ECR | Marcos Moura dos Santos | 86507 |
Se você tiver alguma dúvida, sugestão ou desejar mais informações sobre o projeto, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco:
E-mail: [email protected]
Gostaríamos de agradecer a empresa Toledo do Brasil - PRIX pela oportunidade de participar do Challenge Toledo junto a FIAP. Foi uma experiência incrível e aprendemos muito com o projeto. Também gostaríamos de agradecer aos professores e mentores que nos ajudaram ao longo do desafio. Muito obrigado!