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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87124| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Sistema IOT de baixo consumo para detecção de vazamentos de água baseado em LoRaWAN e FIWARE: desenvolvimento e avaliação experimental |
| Autor(es): | Cabral, Robert de Almeida |
| Orientador: | Aguilar, Paulo Armando Cavalcante |
| Coorientador: | Santos Filho, Francisco Helder Candido dos |
| Palavras-chave em português: | internet das coisas;LoRaWAN;FIWARE;vazamentos de água |
| CNPq: | CNPQ: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO |
| Data do documento: | 2026 |
| Citação: | CABRAL, Robert de Almeida. Sistema IOT de baixo consumo para detecção de vazamentos de água baseado em LORAWAN e FIWARE: desenvolvimento e avaliação experimental. 2026. 121 f. Dissertação (Mestrado em Computação) - Campus de Quixadá, Programa de Pós-Graduação em Computação, Universidade Federal do Ceará, Quixadá, 2026. |
| Resumo: | No contexto da gestão inteligente de recursos hídricos, sistemas baseados em Internet das Coisas (IoT) têm se mostrado promissores para o monitoramento do consumo de água e a detecção de vazamentos. No entanto, dispositivos de campo com autonomia energética elevada ainda representam um desafio, principalmente em soluções de baixo custo e larga escala. Neste trabalho, propõe-se uma arquitetura IoT completa, escalável e energeticamente eficiente para monitoramento de hidrômetros e detecção automática de vazamentos residenciais, integrando hardware, firmware, comunicação e processamento em nuvem. O protótipo foi desenvolvido com foco em eficiência energética, utilizando o microcontrolador STM32L031F6P6 e o transceptor SX1262, operando majoritariamente em modos de baixo consumo, com alimentação por bateria LiPo e suporte a energy harvesting. Os pulsos provenientes do hidrômetro são coletados pelo nó IoT e transmitidos via protocolo LoRaWAN. A comunicação com a nuvem ocorre por meio do The Things Network (TTN) e integração à infraestrutura FIWARE. O sistema é hospedado em um ambiente AWS, onde os modelos são executados de forma contínua e automatizada, recebendo dados diretamente da base FIWARE e disponibilizando inferências em tempo real por meio de uma API integrada. Na camada inteligente, são aplicadas técnicas de aprendizado de máquina não supervisionado e análise espectral para identificação de anomalias e microvazamentos. O modelo Elliptic Envelope é utilizado para detecção de vazamentos anômalos em séries temporais, enquanto a Short-Time Fourier Transform (STFT) permite reconhecer padrões cíclicos de baixo fluxo associados a microvazamentos. Os experimentos demonstraram elevada precisão na detecção de anomalias, com F1-score médio de 0,88 e consumo médio inferior a 1 mW, resultando em autonomia do protótipo superior a 130 dias sem recarga. |
| Abstract: | In the context of intelligent water resource management, Internet of Things (IoT) systems have shown great potential for monitoring water consumption and detecting leaks. However, achieving high energy autonomy in field devices remains a challenge, especially for low-cost and largescale solutions. This work proposes a complete, scalable, and energy-efficient IoT architecture for smart water metering and automatic residential leak detection, integrating hardware, firmware, communication, and cloud-based processing. The prototype was designed with a strong focus on energy efficiency, using the STM32L031F6P6 microcontroller and the SX1262 transceiver, operating mainly in low-power modes and powered by a LiPo battery with energy harvesting support. Water meter pulses are collected by the IoT node and transmitted via the LoRaWAN protocol. Cloud communication is established through The Things Network (TTN) and integrated into the FIWARE infrastructure. The system is hosted in an AWS environment, where the analytical models are continuously and automatically executed, receiving data directly from the FIWARE database and providing real-time inferences through an integrated API. In the intelligent layer, unsupervised machine learning and spectral analysis techniques are applied to identify anomalies and microleaks. The Elliptic Envelope model is used for detecting anomalous leak events in time series data, while the Short-Time Fourier Transform (STFT) enables the recognition of cyclic low-flow patterns associated with microleaks. Experimental results demonstrated high accuracy in anomaly detection, with an average F1-score of 0.88 and average power consumption below 1 mW, resulting in prototype autonomy exceeding 130 days without recharging. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87124 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0004-5316-5615 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/9984647150994566 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-6898-3010 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/3426006850096168 |
| ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0002-9863-3329 |
| Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/3907714219783757 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | PCOMP - QUIXADÁ - Dissertações defendidas na UFC |
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