Protótipo de Plataforma de Fluxo para Auxílio aos Estudantes do Curso de Engenharia de Computação da UNIVESP

1. RESUMO

Esse relatório técnico científico é um documento que registra informações referentes a experiências, processos, métodos e análises, com o objetivo específico de apresentar o protótipo eletrônico de baixo custo, que representa uma plataforma de fluxo dados, para auxiliar os alunos do curso de engenharia de computação da Universidade Virtual do Estado de São Paulo (UNIVESP). Ressaltamos a importância desse documento que busca mostrar as etapas e o progresso dessa ferramenta, que foi planejada para servir de apoio de estudo ao aluno do curso de engenharia que estuda no formato de educação a distância (EaD). A metodologia utilizada para esse trabalho é descritiva, realizada em 2022 pelos alunos do polo de Garça/SP e os alunos do polo de Casa Blanca-SP. O presente trabalho é uma contribuição do grupo, que busca transmitir as rotinas, os dados técnicos de forma sistemática, o modelo do protótipo criado para resolver a gestão do tempo dedicado às disciplinas e a produtividade do aluno, aumentando assim, o foco nas matérias do curso de engenharia de computação da UNIVESP.

PALAVRAS-CHAVE: aluno EaD; ferramenta de estudo; dispositivo eletrônico; protótipo.

2. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACCESS POINT-------------------------------------Ponto de acesso à Internet

BLUETOOTH----------------------------------------Comunicação sem fio

CARD SD---------------------------------------------Card Secure Digital

DNS----------------------------------------------------Sistemas de Nomes de Domínio

DNSMASQ--------------------------------------------Software de Armazenamento em Cache

EAD-----------------------------------------------------Educação a Distância

ENCODER---------------------------------------------Dispositivo de Contagem de Pulsos Elétricos

FRAMEWORK FLASK------------------------------Pequeno Framework Escrito em Python

GCODE-------------------------------------------------Linguagem de Ordenação de Máquinas

GPIO----------------------------------------------------General Purpose Input Output

HTML---------------------------------------------------Linguagem para Construir Páginas WEB

HD-------------------------------------------------------Hard Disk

HOST----------------------------------------------------Provedor de Hospedagem por Domínio ou IP

JAVASCRIPT------------------------------------------Linguagem de Programação Estruturada

JSON----------------------------------------------------Acrônimo de JavaScript Object Notation

MEC-----------------------------------------------------Ministério da Educação

PLA------------------------------------------------------Polímero Termoplástico ou Acido Polilático

PIP--------------------------------------------------------Índice de Pacote Python

POMODORO-------------------------------------------Técnica de Gerenciamento de Tempo

SWITCH TÁCTIL-------------------------------------Botões que Acionam o Teclado do PC

SPI--------------------------------------------------------Serial Peripheral Interface

STREAM DECK---------------------------------------Controlador para Conteúdo

WI-FI-----------------------------------------------------Wireless Fidelity

3. INTRODUÇÃO

A expansão do ensino a distância no Brasil e a relevância social desse método de aprendizagem é levada cada vez mais àqueles que buscam conhecimento, pois, além das vantagens nos cursos nesse formato de ensino, existe a disponibilidade de cursos de bacharelado, licenciaturas e tecnológicos. Todos são mais baratos que o ensino presencial, e além do conhecimento, dão liberdade ao aluno para acessar os materiais de ensino no tempo disponível, de qualquer local, bastando para isso que ele tenha um smartphone, tablet ou notebook para interagir com as disciplinas (BENTO, 2016).

Atualmente os cursos na modalidade de educação a distância (EaD) são oferecidos por mais de cento e vinte universidades públicas e privadas no Brasil, ofertando cursos de bacharelado, reconhecidos pelo MEC, com a promessa de serem práticos e flexíveis para aquelas pessoas que possuem uma vida corrida e não dispõem de tempo para realizar uma formação presencial.

O tema do presente trabalho é direcionado à aprendizagem e à produtividade dos alunos nessa modalidade de ensino a distância, também conhecida como (EaD). Essa categoria de ensino traz alguns benefícios, como: flexibilidade de horário, comodidade no estudo das matérias, além de custo reduzido das mensalidades, quando o ensino é pago pelo aluno. Porém, essa facilidade exige que o acadêmico domine essa autonomia e possua uma boa dose de disciplina na gerência do tempo de estudo.

Quando o grupo desse trabalho de TCC foi formado, o sistema da UNIVESP automaticamente juntou os alunos do curso de engenharia de computação do polo de Casa Blanca e do polo de Garça. O grupo formado de maneira aleatória conta com oito pessoas, e desde o primeiro contato entre os grupos, via grupo de WhatsApp e após identificar um problema enfrentado pelos alunos do curso de engenharia de computação, resolveu-se que a contribuição do grupo do TCC seria uma forma de auxiliar os discentes desse curso de engenharia. O problema enfrentado inclui a dificuldade de gerir o tempo de estudo, gerando uma taxa alta de desistência do curso ou acúmulo de dependências de matéria.

Conforme informações do Sindicato de Mantenedoras de Ensino Superior (SEMESP), enquanto o índice de evasão dos alunos do ensino superior presencial é de 18,5 %, nas graduações a distância, chega a 30,04 % (EC, 2019).

Conforme informações do diretor da UNIVESP, é preciso dar apoio e ferramentas para que o aluno possa acompanhar os cursos mais puxados, como engenharia. Nesse curso a evasão chega a 40% só no primeiro semestre (AZEVEDO, 2019).

Foi escolhido pelo grupo fazer um dispositivo eletrônico de baixo custo, modelando assim um protótipo que se assemelhasse a um stream deck, para servir de gestor de tempo de estudo nessa plataforma de fluxo, que seria capaz de bloquear redes sociais acessadas pelo sinal Wi-Fi ou bluetooth por certo período e, após esse tempo determinado, liberá-lo como um pomodoro.

Esse é um produto que surge nas necessidades não satisfeitas, seja porque os produtos existentes não atendem aos clientes ou porque tal capacidade do produto ainda não foi criada (MORRIS, 2010).

É um trabalho no formato científico e metodológico, e, portanto, não apresenta apenas a opinião dos membros do grupo, e apresentado no formato de relatório técnico, de natureza prática e objetiva, que descreve a experiência e as etapas da sua criação.

A política de implantação de projetos e programas de expansão do ensino de aprendizagem a distância (EaD) contribui para a produção científica, ganhando cada vez mais defensores desse método, e o uso das tecnologias da informação e comunicação devem ser incorporadas também na rede pública (COSTA, 2019).

Esse relatório técnico privilegia o conhecimento prescritivo, ou seja, propõe-se a recomendar soluções para os problemas enfrentados pelas organizações ou sociedade, a partir de um produto ou software (BIANCOLINO et al., 2012).

A relevância social e acadêmica desse trabalho está na busca do conhecimento que expande os limites do aprendizado e a contribuição desse grupo para com os alunos do sistema (EaD) de ensino, aqui direcionado aos alunos da UNIVESP.

Conforme  indica  a  autora  Hubner  (2004,  p.  26  apud  Marins,  1995,  p.24)  “é  na universidade que formamos nos alunos a mentalidade científica, com o objetivo principal de dar capacidade de pensar e raciocinar sobre fatos científicos...”.

Sabe-se que a produtividade tem relevância para aqueles que buscam atingir resultados mais que satisfatórios nos seus projetos. Algumas estratégias podem ser utilizadas para conseguir esse objetivo, por exemplo: listar as prioridades e ajustar as rotinas de estudo, seguir o cronograma de estudos apresentados pela unidade de ensino, evitar distrações com redes sociais instaladas nos smartphones e tentar organizar uma rotina de estudos, além de utilizar técnicas pomodoro, que mescla períodos de descanso e os intercala com as matérias. Essas são algumas técnicas que permeiam esse trabalho, apresentado no formato de relatório técnico científico.

Esse trabalho foi dividido entre os dois grupos, sendo que o grupo de Casa Blanca ficou com a prototipação e modelagem do dispositivo eletrônico e aos alunos do polo de Garça coube a montagem documental em formato de relatório técnico, que descreve todas as etapas dessa modelagem, bem como as pesquisas bibliográficas e coleta de informações primárias e secundárias.

O objetivo geral desse trabalho é ajudar o aluno do curso de engenharia da UNIVESP a melhorar a gestão do seu tempo de estudo, e melhorar a sua produtividade.

O objetivo específico é criar o protótipo que o ajude a melhorar a sua performance nas disciplinas, impedindo que fique em dependência de matérias, o que influencia negativamente a muitos alunos desistirem do curso.

A metodologia utilizada nesse trabalho é qualitativa e também descritiva, pois informa o passo-a-passo das etapas da modelagem do protótipo feito pelos alunos do polo de Casa Blanca, informações primárias colhidas e trazidas para esse documento pelos alunos do polo de Garça.

4. TEMA

O tema escolhido para esse projeto é uma realidade na vida de jovens e adultos, que buscam se preparar para as demandas do mercado de trabalho, com horário flexível e com a mesma qualidade de um curso presencial. Dado a importância e relevância para esse trabalho, escolheu-se o tema (EaD) porque o protótipo criado pelo grupo é um dispositivo eletrônico de baixo custo, capaz de fazer a gestão do tempo de estudo e com a proposta de aumentar a produtividade do aluno do sistema de ensino a distância, aqui representado no corpo discente dos alunos do curso de engenharia de computação da UNIVESP.

A educação a distância é uma modalidade de ensino mediada por meios tecnológicos, internet ou via satélite, onde alunos e professores ocupam espaços diferentes distantes um do outro, mas em um ambiente virtual de ensino e aprendizagem a distância (MORAN, 2009).

Uma das diferenças do ensino tradicional e o ensino a distância, conforme o autor, está no tipo de aluno e nos seus interesses. Os professores não deveriam fazer uso dos mesmos moldes que seriam apresentados no ensino tradicional em que os alunos têm a proximidade física com os professores, pois é no material didático que que constitui a principal ferramenta para que o interesse dos alunos se mantenha constante nesse processo (MORAN, 2009).

Para alguns a educação a distância é algo nocivo que deve ser banido para não afetar a qualidade de ensino. Mas para outros essa forma de estudo se apresenta como uma forma democrática de preencher as vagas nas universidades públicas (BORBA et al, 2021).

Com a chegada da internet, houve a divulgação comercial pelas instituições que utilizavam a rede mundial de computadores e a promover interações com unidades de ensino. O projeto iniciou uma corrida para a formação do ensino no sistema (EaD), formando a primeira Universidade Virtual do Brasil, que segundo o autor, levou o país a ser reconhecido como o maior mercado de educação a distância do mundo até os dias de hoje (GOMES, 2020).

A política de implantação de projetos e programas de expansão do ensino de aprendizagem a distância (EaD) contribui para a produção científica, ganhando cada vez mais defensores desse método e do uso das tecnologias da informação e comunicação para incorporar essa metodologia na rede pública (COSTA, 2019).

Em contraponto a essa observação, Costa (2019, p.13) diz que: “o discurso da política nacional de EaD está enredado em uma formação discursiva dominante que nada mais é do que os processos de industrialização de ensino em seu formato atualizado e revestido por novos teores”. Argumenta ainda que no meio do século XX o papel do Estado iniciou um processo de industrialização para expandir a educação a distância em nível nacional (COSTA, 2029).

Atualmente os cursos na modalidade de educação a distância (EaD) são oferecidos por mais de 120 universidades públicas e privadas no Brasil, que ofertam cursos de bacharelado e licenciatura, reconhecidos pelo MEC, com a promessa de serem práticos e flexíveis para aquelas pessoas que possuem uma vida corrida e não dispõe de tempo para realizar uma formação presencial.

4.1. Objetivos Geral e Específico

Em resumo da ideia central desse trabalho expressa de maneira clara e objetiva a intenção e delimitação do escopo desse relatório.

O objetivo geral desse trabalho é auxiliar os alunos que estudam no formato de educação a distância, EaD. E como objeto de estudo, nesse trabalho de conclusão de curso do gênero produto, é delimitado aos alunos do curso de engenharia de computação.

Como objetivos específicos, que correspondem aos resultados concretos que esse trabalho pretende alcançar, identificam-se estratégias que visam a produtividade estudantil, e a criação de um dispositivo eletrônico de baixo custo para gerenciar o tempo de estudo, capaz de manter o aluno focado na matéria que está estudando.

Na finalização desse trabalho o grupo espera que o relatório técnico possa contribuir com informações técnicas que possam minimizar ou sanar as dificuldades e os problemas identificados e enfrentados pelos alunos ao longo do curso de engenharia de computação.

4.2. Metodologias

Conforme Castro (2020, p.80) “a metodologia é a forma como a construção do conhecimento se desenvolverá. Ela pode seguir uma abordagem quantitativa, qualitativa ou até mesmo, um mix das duas”.

A palavra metodologia significa o caminho ou via para a realização de algo, em que devem ser apresentados todos os procedimentos adotados no trabalho, com um roteiro detalhado das etapas necessárias das respectivas atividades a serem executadas (CAPTA, 2022).

Com base na metodologia utilizada para o desenvolvimento do protótipo, segue a descrição das etapas para a sua modelagem:

Para o hardware, foi escolhido uma placa Raspberry Pi 4 computer Model B com 4 GB de memória RAM. O sistema operacional instalado no Raspberry é o PI OS (32- bit) Debian Bullseye. É um pequeno computador poderoso e acessível, ideal para projetos diversos como vídeo games, servidores de arquivos de mídia, câmeras de monitoramento, projetos embarcados, automação e projetos de casas inteligentes. Por causa da sua versatilidade e facilidade de uso nos mais variados projetos, foi escolhido para servir de base para o protótipo.

Alguns componentes eletrônicos também fazem parte do portifólio como Switch táctil que oferece um ruído indicando que o mecanismo cumpriu seu curso e acionou o circuito, e um encoder KY-040 para controle de volume.

Também foi separado para o projeto um LED endereçável, ideal para aplicações em ambientes internos como iluminação de destaque, como sinalizadores ou indicadores de equipamentos.

Para as bibliotecas e softwares usados durante o desenvolvimento do protótipo está sendo utilizado a linguagem Python.

Para instalar as bibliotecas nessa linguagem foi utilizado o gerenciador de pacote pip (índice de pacote Python), é um sistema de gerenciamento de pacotes padrão, usado para gerenciar e instalar pacotes de softwares escritos nessa linguagem escolhida. Muitos desses pacotes podem ser encontrados na fonte padrão e suas dependências, sendo que a maioria das distribuições já vem com o pip instalado.

Outro componente é a saída de entrada de uso geral ou (General Purpose Input Output) que possui uma biblioteca do Raspberry para o controle das portas GPIO para controlar botões e o encoder. E para controlar os LEDs RGB é utilizado uma biblioteca neopixel.

Toda a parte que o usuário configura como cor dos LEDs e os comandos de atalho é representado por uma página HTML, uma linguagem de marcação utilizada na construção de páginas da web, criada usando-se um framework flask. Através da página HTML os dados são recebidos e armazenados em um arquivo Json. Este é um arquivo que contém uma série de dados estruturado em formato de texto, e é utilizado para transferir informações entre sistemas, apesar de sua origem ser por meio da linguagem JavaScript, não é uma linguagem de programação. Ele serve como a base de dados guardando dados armazenados nesse mesmo arquivo Json.

O flask é um micro framework que utiliza a linguagem Python para criar aplicativos web com soluções robustas para projetos pequenos, rápido e simples.

O Raspberry para funcionar como um roteador foi configurado como um ponto de acesso sem fio e para bloquear o acesso aos sites como Facebook foi utilizado a biblioteca dnsmasq. O dnsmasq é um software gratuito que fornece armazenamento em cache do sistema de nomes de domínio, um servidor de protocolo de configuração dinâmica de host, destinado a pequenas redes de computadores. O gcode é a linguagem de programação padrão para a maioria das impressoras 3D, é um tipo de arquivo que comanda os movimentos da máquina a fim de produzir a peça a ser impressa.

O gabinete do protótipo será impresso utilizando-se uma impressora Ender 3 pro e o filamento escolhido para tal impressão é o PLA. É um polímero termoplástico feito com ácido lático a partir de matéria prima com fontes renováveis e, por ter origem orgânica, é biodegradável, compostável e reciclável.

Para realizar a impressão é gerado um arquivo gcode, que é a linguagem de programação padrão para a maioria das impressoras 3D, é um tipo de arquivo que comanda os movimentos da máquina a fim de produzir a peça a ser impressa. Após impresso o gabinete é lixado para retirar pequenas imperfeições geradas durante a impressão.

Estas são algumas etapas que descrevem como ocorreram as etapas da modelagem até a finalização do protótipo.

Toda metodologia, que inclui a modelagem do protótipo com suas ferramentas computacionais, o banco de dados, a linguagem de programação anexa, fazem parte desse documento em formato de relatório técnico.

5. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

A fundação Raspberry é uma organização sem fins lucrativos que nasceu com o objetivo de ensinar informática e programação para crianças. Desenvolveu na Inglaterra o Raspberry Pi, um mini microcomputador de baixo custo semelhante em tamanho de um cartão de crédito e capaz de viabilizar projetos. Sua arquitetura o torna bem barato, e possui portas de comunicação (GPIO, USB, ETHERNET, WI-FI e Bluetooth) processador, memória, saída de vídeo HDMI e uma interface leitora de cartão de memória. O que o torna versátil, simples é seu baixo custo além de encontrar tudo relacionado ao Raspberry no site da fundação com código aberto, o que amplia e multiplica as possibilidades de projetos de baixo custo (CIRIACO, 2015).

O Raspberry Pi é um minicomputador completo. Tem quase o tamanho de um cartão de crédito e todos os seus componentes ficam em uma única placa. Nela pode-se conectar um monitor, mouse, teclado e inserir um cartão micro SD comum, que será usado como um HD do Raspberry Pi onde ficam instalados todos os programas.

Tudo isso é ligado através de um simples carregador de celular; ele foi criado para incentivar crianças a aprender sobre computação e criar programas, e não serem simples consumidoras de tecnologia. O primeiro projeto foi criado em 2006 e seu conceito era muito parecido com o Arduíno, desenvolvido em 2005, uma plaquinha baseada em um microcontrolador. O objetivo da fundação era oferecer o computador por um preço bem acessível, em duas versões: US $ 25 e US$ 35. Eles começaram a aceitar encomendas pelo modelo B que era o de maior preço, (US$ 35) em fevereiro de 2012, e o modelo A, de menor valor (US$ 25), em 04 de fevereiro de 2013 (RASPBERRY Pi FUNDATION, 2012).

Conforme informado pelo grupo, é apresentado uma relação de itens que farão parte do protótipo, iniciando-se pela placa Raspberry Pi 4:

Figura 1:Raspberry Pi 4 model B

A cada dois anos o Debian Linux, no qual o Raspberry Pi OS é baseado, recebe uma grande atualização. O Debian nomeia suas novas versões com nomes do filme Toy Story da Disney/ Pixar; Bullseye era o nome do cavalo de Wody em Toy Story II.

O Bullseye do Debian possui poucas mudanças visíveis aos usuários, mas existem mudanças ocultas no sistema de arquivos e impressão, mas as mudanças significativas são os patches e atualizações para aplicativos e recursos existentes. Além das mudanças no próprio Debian, a versão Bullseye do Raspberry Pi OS tem uma série de mudanças significativas no ambiente do Desktop e no suporte ao hardware do Raspberry Pi 4.

O Raspberry Pi 4 pode ser utilizado para:

Armazenar e executar as aplicações de software; aplicações e processos executados em servidor local http; funciona como um access point com filtros de DNS; possui serviço bluetooth HID; conexões através dos Pinos GPIO onde é possível conectar Tactile Switches, Keyes KY-040 Rotary Encoder, botões LED WS2812B; Internet via cabo RJ45; e comunicação desses botões Tactile Switches via biblioteca Rpi.GPIO; Keyes KY-040 Rotary Encoder via biblioteca Rpi.GPIO, os botões LED WS2812B via biblioteca Neopixel; Internet via RJ45; Bluetooth via biblioteca Bluez e o Wi-Fi via bibliotecas nativas do Raspberry OS.

Figura 2: Botão Tactile

Esse botão é utilizado para o acionamento físico dos comandos de atalhos previamente programados no equipamento, entre os possíveis comandos a serem realizados estão: captura da tela, acionar calculadora, gravar tela.

Suas conexões são físicas com a placa Raspberry Pi 4 Model B realizada via terminais jumper e a sua comunicação é via biblioteca Rpi.GPIO.

Outro botão que deve ser destacado no projeto é o Keyes Ky – 040 Rotary Encoder conforme mostrado na figura abaixo:

Figura 3: Botão Encoder

É utilizado com a finalidade de executar os comandos de aumentar; diminuir; mutar o volume e possui conexões físicas com a placa Raspberry Pi 4 Model B, realizada via terminais jumper. A sua comunicação é feita via biblioteca Rpi.GPIO.

Outro item destacado no projeto é o LED WS 2812B conforme mostrado na figura abaixo:

Figura 4: LED de comandos do projeto

Esse sistema de LED é utilizado no projeto para emitir luz em cores variadas sinalizando o status de ativo ou inativo do filtro de DNS, podendo fazer o acionamento ou mutar o volume. As suas conexões são físicas com a placa Raspberry Pi 4 Model B realizada via terminais jumper e sua comunicação com a placa é por meio da biblioteca Rpi.GPIO.

Figura 5: Módulo display lcd

É utilizado na prototipação com a finalidade de dar visualização e interação com a interface do usuário, através das funções touchscreen presentes no modulo de display, que fazem conexão física com uso de terminais jumper, e sua comunicação é realizada por intermédio do protocolo SPI.

A linguagem de programação escolhida para o projeto é a Python devido grande quantidade de bibliotecas no Raspberry OS já a utilizarem, o que facilita no desenvolvimento do projeto.

Abaixo, destacam-se alguns softwares e bibliotecas utilizados no projeto, são eles:

Pip ou índice de pacote Python, oferece uma funcionalidade para gerenciar lista de pacotes, bem como seus números de versão, por meio de um arquivo de pré-requisito. Isso torna possível recriar com eficiência um grupo inteiro do pacote em um novo ambiente, por exemplo, um novo computador ou um novo ambiente virtual. É um gerenciador de pacotes usado para instalar e gerenciar pacotes escritos em Python.

Rpi.GPIO é um módulo para controlar os canais GPIO Raspberry Pi.

Um framework em desenvolvimento de software é uma abstração que une códigos comuns entre vários projetos de software provendo uma funcionalidade genérica. Aqui é utilizado o Framework Flask, porque é um pequeno framework web escrito em Python. É classificado como um microframework porque não requer ferramentas ou bibliotecas particulares.

E por fim o Dnsmasq: é um encaminhador DNS e servidor DHCP leve e fácil de configurar. Ele foi projetado para fornecer DNS e, opcionalmente, DHCP a uma pequena rede. Ele pode servir os nomes de máquinas locais que não estão no DNS global. O servidor DHCP se integra ao servidor DNS e permite que máquinas com endereços alocados por DHCP apareçam no DNS com nomes configurados em cada host ou em um arquivo de configuração central. O Dnsmasq suporta concessões DHCP estáticas e dinâmicas e BOOTP/TFTP para inicialização de rede de máquinas.

Conforme mostrado na figura abaixo, para esse projeto foi desenvolvido um servidor local executado localmente na placa Raspberry Pi.

Figura 6: Servidor local

Desenvolvida aplicação web para o usuário inserir lembretes como datas e avisos importantes com atividades acadêmicas e uma interface para configuração do dispositivo. O servidor HTTP é executado localmente na placa do Raspberry Pi e as páginas web foram elaboradas utilizando-se o framework Flask, e para armazenamento dos dados foi adotado o uso da tecnologia JSON que permite a criação de arquivo local armazenado no cartão microSD instalado no próprio Raspberry Pi 4.

Um dos recursos implementados é a possibilidade de o usuário escolher a cor do tema da interface através da tela de configuração. A proposta é criar um ambiente onde o usuário se identifique e tenha maior satisfação ao interagir com o protótipo.

Uma outra parte muito importante do projeto é um access point ou ponto de acesso. É um dispositivo de rede que permite levar o sinal de Internet a áreas em que a cobertura original proporcionada por um roteador é limitada. Mais avançados do que os repetidores Wi-Fi, os aparelhos usam conexão com cabo com dispositivos centrais de rede. Esse dispositivo leva sinal wireless de uma ponta a outra com maior velocidade, controlando os recursos de segurança do ambiente.

Conforme mostrado na figura abaixo o Acess point com filtro para bloqueio de sites pelo DNS:

Figura 7: Ponto de acesso à internet

Para facilitar o uso do protótipo como teclas de atalho no próprio equipamento, o grupo desenvolveu uma interface de comunicação entre o Raspberry Pi 4 e o dispositivo eletrônico do usuário, utilizando a tecnologia sem fio Bluetooth. A interface criada permite a comunicação entre computadores com os sistemas operacionais Windows, Linux e Mac e smartphones com sistemas operacionais Android e IOS. Bastando apenas que a versão do bluetooth do equipamento seja 4.0 ou superior. E por fim, a próxima figura mostra um diagrama do projeto ilustrando a ligação entre os elementos do hardware e os periféricos do cliente que são conectados a placa Raspberry Pi 4.

Para maior legibilidade cada conjunto da ligação está sendo representado por uma cor diferente na figura 8.

Figura 8: Diagrama de ligação do protótipo

O gabinete onde será depositado todo o hardware criado para o protótipo será impresso em uma impressora 3D, do modelo 3D FDM, utilizando filamento (PLA) ou ácido polilático, porque seu processo de degradação ativado biologicamente. A curiosidade desse filamento é que, por ser feito de componentes vegetais como milho, mandioca, cana de açúcar e beterraba é um produto que provém de fontes renováveis.

O desenvolvimento do projeto, quando bem estruturado, traz padronização no processo da modelagem e mostra com detalhes o espírito criativo dos alunos no trabalho de prototipação que busca oferecer aos alunos que irão utilizá-lo, esse produto de qualidade que nada fica devendo aos similares encontrados no mercado.

Conforme figura de número 9 abaixo, é representada a ligação nos pinos GPIO onde estão conectados todos os periféricos com a placa Raspberry Pi 4.

Logo após, são descritos os componentes eletrônicos utilizados na prototipação.

Figura 9: Seleção dos itens na GPIO

5.1. Teclas de atalho bluetooth

Para implementar os recursos de teclas de atalho, o grupo definiu uma abordagem que utiliza o Bluetooth como forma de conexão, que irá proporcionar maior compatibilidade com outros dispositivos, como notebook, desktop e smartphone. Outra solução proposta, seria a conexão utilizada via cabo usb, porém, o processo causaria uma série de conflitos, haja vista diferentes padrões de cabos USB usados nos equipamentos.

O Desenvolvimento de dispositivo Bluetooth LE HID, que pode se conectar sem fio a hosts HID, incluindo sistemas Windows, Mac, Android e IOS é definido pelo Bluetooth Special Interest Group (SIG), que utiliza um perfil HID, e que especifica como um dispositivo pode oferecer suporte a este serviço (HID), através do protocolo Bluetooth LE.

Segundo Morales (2021), Dispositivos de Interface Humana (HID) são dispositivos cuja finalidade principal é permitir que os usuários façam interface com computadores.

A HID é baseada em uma especificação mantida pelo grupo de trabalho de dispositivos do USB Implementers Fórum.

Os HIDs abrangem uma variedade de dispositivos, desde monitores, teclados, webcams e mouses até fones de ouvido VR, gamepads e telas sensíveis ao toque. Tradicionalmente, os HIDs se conectam a computadores por meio de uma conexão USB. No entanto, os dispositivos HID também são capazes de interagir com um computador através do uso de tecnologia de redes sem fio.

Através do uso da especificação HID é possível desenvolver dispositivos periféricos de computador que seguem um padrão geral, permitindo a compatibilidade com a maioria dos dispositivos.

O HID sobrepondo o perfil GATT, ou (HID Over GATT Profile (HOGP)) é uma especificação de perfil Bluetooth, mantida pelo Bluetooth Special Interest Group.

E o HOGP é um perfil que implementa o HID sobre a tecnologia Bluetooth Low Energy. Quando usado o Bluetooth Low Energy como interface entre o HID e o dispositivo do computador, o HOGP é capaz de eliminar a necessidade de fios ou uma conexão física nos HIDs (MORALES, 2021).

5.1.1. Funções da HID

Existem no HID e no HOGP duas funções pré-definidas. São elas: o Host HID e o HID dispositivo.

Um dispositivo HID só pode ser conectado ativamente a um único host HID que, por vez, pode ser conectado a muitos dispositivos HID.

5.1.2. Host HID

O host HID implementa a função central do Bluetooth. Ele é o dispositivo que recebe a entrada de informações e faz o processamento adicional com os dados fornecidos. Exemplo disso, em um computador, seria um host HID que, ao receber os dados HID, possui a responsabilidades e os requisitos para que as funcionalidades HID ocorram corretamente.

5.1.3. Dispositivo HID

O dispositivo HID implementa a função de periférico Bluetooth, e transmite informações de entrada para um computador central, a um mouse ou teclado, que também são dispositivos HID, e enviam os dados da entrada para o dispositivo do computador.

5.1.4. Projeto de dispositivo HID

O funcionamento do dispositivo como um periférico HID depende de mapas de relatórios (report maps).

Os mapas de relatórios são uma estrutura usada pelo HOGP para implementar funcionalidade HID sobre Bluetooth Low Energy. Os mapas do relatório são usados para informar ao Host HID, qual a funcionalidade e qual o tipo de dados esperar do dispositivo HID.

O anexo 01 apresenta o mapa de relatório utilizando no desenvolvimento do focusdeck. A figura 10 representa um fragmento do código utilizado para realizar o comando de aumentar o volume.

Figura 10: Comando para aumento do volume

5.2. Access point e bloqueio por dns

Para implementar o recurso que limita o acesso a sites e posteriormente os liberar por um breve período de tempo, conforme já apresentado na figura 6, o grupo identificou que a melhor maneira seria transformando a placa do Raspberry em um access point, no qual o usuário conecta o equipamento que normalmente utiliza para estudo, podendo ser um notebook ou smartphone, através da conexão por Wi-Fi. Um ponto a ser destacado é que a placa do Raspberry pi 4, modelo b, já conta com Wi-Fi tipo AC, o que fornece um bom tráfego de dados para equipamentos mais novos no mercado que já possuem compatibilidade com essa tecnologia.

O tempo que os sites de rede sociais ficam bloqueados é de 50 minutos, e nesse período o intuito é que o aluno mantenha a máxima dedicação em suas tarefas acadêmicas. Após esse período fica livre por 8 minutos o acesso aos sites previamente bloqueados. Para criação desse recurso o grupo se baseou no funcionamento da técnica pomodoro.

Os passos para transformar a placa do Raspberry em um access point foram obtidos diretamente na documentação do site oficial da Raspberry denominados como “Setting up a Routed Wireless Access Point”, ou configurando ponto de acesso roteado.

Após essa etapa, é criada uma rede secundária. Essa nova rede sem fio resultante é totalmente gerenciada pelo Raspberry Pi.

Durante a etapa de configuração são instalados os pacotes de software hostapd e dnsmasq.

Para as configurações de firewall é instalado o netfilter-persistent (persistente com filtro de rede), junto com plugin iptables-persistent ou (tabela de IP persistente). Com o uso do dnsmasq é realizado o controle do acesso aos sites configurando o arquivo “/etc/dnsmasq.conf”, adicionando o comando como exemplo "address=/ {} /127.0.0.1". ['facebook.com'], a cada 50 minutos.

5.3. Interfaces gráficas do usuário

No desenvolvimento das telas de visualização utilizamos o flask, framework web escrito em Python, o Flask oferece suporte a extensões que podem adicionar recursos do aplicativo como se fossem implementados no próprio Flask.

O motivo da escolha por esse framework é que, por ter sua programação em linguagem Python, facilita o desenvolvimento dos comandos dos periféricos como led RGB, encoder e criação do JSON.

Tanto a interface de configuração web quanto a interface do display lcd foram construídas usando como base o flask.

Figura 11: Interface gráfica Web

A tela Web foi criada para ser responsiva porque ao acessá-la o usuário tem uma ótima experiencia, tanto por dispositivos de tela grande como notebook e telas menores de smartphones.

Para o desenvolvimento da tela responsiva foi utilizado o Bootstrap na Versão 5. A inclusão é feita acionando o link no cabeçalho do arquivo HTML conforme exemplificado na figura de número 12.

Figura 12: Bootstrap 5

Com foco na experiencia do usuário e com a finalidade de mantê-lo pelo maior tempo possivel na plataforma, foi criado como opção ao usuário, personalizar a cor da interface. Ela muda alguns elementos da página HTML, além da cor fundo da imagem principal, também muda a cor de alguns ícones, conforme mostrado na figura 13.

Figura 13: Personalizar cores

No desenvolvimento da tela do display o grupo pensou na criação de elementos simples que facilitem na curva de aprendizado do usuário. A imagem vetorizada do gabinete do equipamento conforme figura 14 foi realizada através do software de vetores Illustrator da fabricante Adobe e posteriormente convertido em formato SVG, as cores dos botões são customizadas pelo usuário ao escolher a cor da tela do display. A figura que era para ser sequencialmente a de número 15, foi colocada como anexo no final desse trabalho, onde é possível verificar o código svg que gera a imagem do equipamento, as linhas destacadas na cor vermelha e azul são os campos que recebem o valor armazenado no arquivo Json.

Figura 14: Interfaces do display de LCD

As etapas de escrita e leitura da cor no Json são representas através da figura de número 15.

Figura 15: Alterando a cor dos elementos

5.4. Armazenamento de dados

Para o armazenamento das informações utilizadas no projeto, o grupo decidiu adotar o uso do formato JSON acrônimo de JavaScript Object Notation, pois é uma forma simples que não requer adicionar bancos de dados externos para armazenar as informações.

O JSON é conhecido como um padrão aberto independente de troca de dados simples e rápida entre sistemas independentes da linguagem utilizada.

Para utilizar usamos o pacote que já acompanha o Python, bastando fazer uso do comando import Json no cabeçalho do arquivo.

O grupo desenvolveu toda a estrutura de comandos para realizar as operações de criar, ler, atualizar e deletar, conhecidas como as quatro operações básicas como CRUD (Create, Read, Update e Delete).

Na figura sequencial que teria o número 16 pode ser observada como anexo 4, ao final desse trabalho, onde é possível visualizar a estrutura do JSON gerada através dos comandos CRUD.

5.5. Gabinete

As modelagens das peças impressas do gabinete foram produzidas utilizando o software CAD paramétrico Solidworks da empresa francesa Dassault Systèmes. As peças são desenvolvidas de maneira individual, e posteriormente, é realizada a simulação de encaixe das peças impressas, em que é possível verificar se dimensões estão corretas, como encaixes e folgas.

Figura 16: Visualização e tolerância dimensionais

Na figura 17 é visualizada a montagem final de verificação das partes mecânicas que constituem no total de 5 modelos de peças diferentes, sendo elas impressas pelo processo FDM (Fused Deposition Modeling).

Figura 17: Montagem final e verificação

O próximo passo para impressão do modelo 3D é realizar a conversão do arquivo para um formato reconhecido pelas impressoras com tecnologia FDM. Para essa conversão, utilizou-se o software Ultimaker Cura versão 5.0.0, onde é gerado um arquivo no formato GCODE utilizado nas impressoras de filamento.

Figura 18: Visualização do software Cura

Para construção das peças que foram produzidas, utilizou-se a impressora de filamento Ender3 da fabricante Creality com o filamento PLA.

Figura 19: Impressora Ender 3

A escolha dessa impressora e do tipo de filamento, deveu-se pelas facilidades de impressão, como baixa temperatura de operação e custo relativamente baixo, quando comparado com outros métodos de impressão.

Conforme o site da Makerbot, um quilograma de filamento plástico ABS ou PLA para impressão custa aproximadamente no Brasil R$ 150,00 reais. Levando em consideração que o grama sai por 0,15 centavos de real, e se for considerado que os objetos impressos são leves e alguns têm o seu interior oco, o custo da impressão é realmente baixo (TEMEC, 2022).

Se fosse uma impressora do tipo Esteriolitografia, que utiliza resina, vendida o litro a R$ 300,00 reais, conforme a fabricante Formulabs, o custo seria maior (TEMEC, 2022).

Na tabela da figura 20 é possível visualizar os custos, sendo o custo da quantidade de material e do custo do filamento. Foram usados como parâmetros os preços médios de mercado para o filamento PLA, havendo uma pequena variação entre um ponto de venda e outro.

Figura 20: Tabela com custo e tempo de impressão

Após a impressão, as peças passaram por um processo de lixamento para remover imperfeições criadas durante o processo de manufatura, sendo feita a pintura com a finalidade de diminuir a visibilidade das linhas características do processo de impressoras com tecnologia FDM, limpa, simples de usar e amigável com o escritório.

Figura 21: Pintura da peça com prime

A próxima figura apresenta as partes mecânicas utilizadas na criação do protótipo.

Figura 22: Partes que compõem o protótipo

5.6. Feedback do protótipo

Como requisito para o teste, foram selecionados 5 alunos do curso de engenharia de computação para testar o produto e dar o seu feedback. Foi solicitado que informassem sobre a impressão que tiveram sobre o produto, sua usabilidade ou se encontraram alguma dificuldade para manuseá-lo.

Os retornos que deram ao grupo foram destacados abaixo, sendo agrupados como pontos positivos e negativos ao utilizarem o focusdeck.

Os principais pontos positivos destacados foram:

• Interface simples e intuitiva;

• Sistema Wi-Fi não apresenta falhas ao bloquear sites certos períodos;

• Personalização das cores da interface;

Os pontos negativos elencados foram:

• Botão do encoder muito pequeno, poderia ser maior.

• Gabinete poderia ser mais fino.

• Resposta do touchscreen um pouco muito lenta.

5.6.1. Análise dos dados e discussão dos resultados

Durante os testes os usuários não tiveram dificuldade na utilização do equipamento e todos concordam que o dispositivo eletrônico é um recurso muito bom para limitar o acesso a redes sociais, e liberando-as depois de certo tempo, sendo um item de grande relevância, pois cumpre seu papel em direcionar o aluno, enquanto usa aparelho, mantendo a sua atenção e o foco nas atividades acadêmicas. É uma ferramenta a mais que, combinada com outros métodos de estudo, como: listar as prioridades e ajustar as rotinas de estudo, seguir o cronograma passado pela unidade de ensino, evitar distrações com redes sociais, diminuir o uso de smartphones no momento que fizer as disciplinas, podem trazer resultado positivo ao aluno, pois, o protótipo utiliza técnicas pomodoro, que mescla períodos de descanso e os intercala com as matérias no momento de estudo.

6. CONCLUSÃO

Sendo o tempo um recurso escasso, e considerando as dificuldades de conciliação das tarefas cotidianas com os tempos de estudos das disciplinas de final de semestre, torna-se imprescindível o tempo usado nas atividades acadêmicas. A qualidade nos estudos só é possível tendo a disciplina e o compromisso como diretiva para não ocorrer distrações e atrasos nos compromissos acadêmicos. O grupo todo concorda nesse aspecto, e acreditamos que nossa solução, o dispositivo eletrônico de baixo custo, o focusdeck se utilizado como uma ferramenta para gerir o tempo de estudo, consegue criar uma rotina focada nos estudos das disciplinas, sem distrações e capaz de aumentar a produtividade do aluno.

Os objetivos geral e específicos foram alcançados e não deixaram a desejar quanto a sua capacidade, se comparada com modelos disponíveis no mercado, mas que não são programados para servir ao aluno do formato de ensino EaD. Os produtos que se assemelham no mercado e que serviram de exemplo para a construção do protótipo são utilizados para formatar vídeos e outros projetos, diferentes da ferramenta que o grupo do projeto criou. O nosso dispositivo, criado para o trabalho acadêmico TCC, traz o sentimento de dever cumprido; agora que o grupo o testou, viu o seu funcionamento e potencial que possui, para auxiliar os alunos do curso de engenharia da Universidade Virtual do Estado de São Paulo UNIVESP, confesso aos demais que, enche o nosso coração de orgulho pelo tempo dispensado, desde o início do projeto, até a entrega do relatório parcial, sua modelagem, montagem de toda pesquisa, documentação e relatório final.

Sobre os aspectos técnicos envolvidos no desenvolvimento do projeto, o grupo acredita que o dispositivo eletrônico atende de maneira satisfatória, e contempla diversos assuntos abordados nas disciplinas da grade curricular do curso de engenharia de computação. Destacam-se alguns processos de prototipação, usando tecnologias modernas, como impressora 3D e linguagens de programação em conformidade com o mercado de trabalho atual.

O grupo destaca que, para melhorias futuras no dispositivo, pretende-se incluir mais funcionalidades, principalmente no que tange acompanhar o desenvolvimento dos estudos dos alunos EaD, como mostrar o tempo do usuário na plataforma, ou criar um sistema que possa receber novas senhas para o aluno padronizar o sinal de Wi-Fi, ou até mesmo fazer um gabinete com tamanho reduzido para facilitar o transporte do equipamento. Com sentimento de dever cumprido, é o que o grupo tem a relatar.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BENTO, Dalvaci. O Sistema Tutorial para EAD. (Livro eletrônico). São Paulo: SP, Cengage, 2016. Disponível em . Acesso em: 09 abr. 2022.

BIANCOLINO, Cesar Augusto, et al. Protocolo para elaboração de relatos de produção técnica. Revista de Gestão e Projetos - GEP, v. 3, n. 2, p. 294–307, 2012.

BORBA, Marcelo de Carvalho; MALHEIROS, Ana Paula dos Santos; AMARAL, Rúbia Barcelos. Educação a distância online. 5ª ed. Belo Horizonte: Autêntica, 2021.

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COSTA, Antônio Roberto Faustino da. Industrialização do ensino e política de educação a distância. Livro eletrônico. Campina Grande: EDUEPB, 2019. Disponível em:. Acesso em: 09 abr. 2022.

CIRIACO, Douglas. O que é Raspberry Pi? Canaltech.com.br. Disponível em:< https://canaltech.com.br/hardware/o-que-e-raspberry-pi/>. Acesso em: 11 mai.2022.

DEBIAN.ORG. Capítulo 3, lançamento da Debian. Equipe de documentação da Debian. Disponível em: . Acesso em: 07 jul. 2022.

ESTADÃO CONTEÚDO EC. Aposta do governo para EaD, UNIVESP tem alta evasão e só forma 174 alunos. Estado de Minas Nacional, postado em 04/04/2019. Disponível em: . Acesso em: 25 jun. 2022.

GOMES, Leonardo. A história do EAD no Brasil. TeleSapiens. São Paulo, 03 ago. 2020. Disponível em: . Acesso em: 08 abr. 2022.

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MARTINS JUNIOR, Joaquim. Como escrever trabalhos e conclusão de curso: Instruções para planejar e monta, desenvolver concluir, redigir e presentar trabalhos monográficos e artigos. Petrópolis: Vozes, 2008.

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MORRIS, Richard. Fundamentos do design do produto. Tradução: Mariana bandarra.;revisão técnica Fábio Righetto. Porto Alegre: Bookman, 2010.

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TECMEC. Como precificar meu projeto de impressão 3D? Campus Universitário Darcy Ribeiro, faculdade de tecnologia, departamento de engenharia mecânica. Asa Norte, Brasília – DF. Disponível em: < https://tecmec.org.br/contato/>. Acesso em: 20 jun. 2022.

8. ANEXOS

Anexo 01: Figura do mapa de relatório

Anexo 2: Código de programação

Anexo 3: JSON focusdeck

Anexo 4: continuação

Publicado por

ANTÔNIO CARLOS DE SOUZA JUNIOR
ARIEL RODRIGO SANCHES DE SETA
CARLOS ALBERTO MARTELINI
DIEGO SANTANA CARLOS
EDMAR NASCIMENTO DE JESUS
JONATHAN RIBEIRO ALVES
JOSELITO DOS SANTOS
VITOR CARVALHO ALVES DA SILVA