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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia em edifícios prediais baseado em Edge Computing e Machine Learning
Autor(es): Pedro, Jorge
Orientador: Silva, Wendley Souza da
Palavras-chave em português: Internet das Coisas;Edge Computing;Eficiência Energética;ESP32;Machine Learning
Palavras-chave em inglês: Internet of Things;Edge Computing;Energy Efficiency;ESP32;Machine Learning
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Data do documento: 2026
Citação: PEDRO, Jorge. Desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia em edifícios prediais baseado em Edge Computing e Machine Learning. 80f. 2026. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2026.
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação experimental de um sistema de gerenciamento e otimização de energia em edificações, baseado em Edge Computing e técnicas de Machine Learning, utilizando o microcontrolador ESP32-S3. O aumento da demanda por energia elétrica, aliado à necessidade de soluções sustentáveis, impulsiona o uso de tecnologias inteligentes capazes de monitorar e controlar o consumo energético em tempo real. Nesse contexto, a proposta integra conceitos de Internet das Coisas, computação em borda e inteligência artificial, permitindo o processamento local dos dados, com redução da latência e do consumo de largura de banda. A metodologia adotada foi a Design Science Research (DSR), contemplando revisão bibliográfica, desenvolvimento do protótipo de hardware e software e realização de testes laboratoriais. A arquitetura do sistema é composta por uma unidade central e módulos distribuídos de medição e controle, interligados por comunicação sem fio baseada no protocolo ESP-NOW, eliminando a dependência de infraestrutura externa. O sistema utiliza sensores de corrente e tensão baseados no circuito integrado ATM90E36, associados a circuitos de condicionamento de sinal. Os resultados experimentais demonstram elevada precisão nas medições, com coeficiente de determinação superior a 0,9998 e erros médios inferiores a ±0,30%. A comunicação apresentou taxa de sucesso de 99,5% e latência média de 5,8 ms, mesmo em ambiente com obstáculos. O modelo Random Forest Regressor, treinado com dados coletados ao longo de 30 dias, apresentou erro absoluto médio de 70,71 W, sendo implementado diretamente no firmware do ESP32-S3, com tempo de inferência de 15 ms. Conclui-se que o sistema proposto constitui uma solução de baixo custo, eficiente e escalável para o gerenciamento energético em edificações, demonstrando a viabilidade da aplicação de técnicas de aprendizado de máquina em sistemas embarcados para suporte à eficiência energética.
Abstract: This work presents the development and experimental validation of an energy management and optimization system for buildings, based on Edge Computing and Machine Learning techniques, using the ESP32-S3 microcontroller. The increasing demand for electrical energy, combined with the need for sustainable solutions, has driven the adoption of intelligent technologies capable of monitoring and controlling energy consumption in real time. In this context, the proposed solution integrates concepts from the Internet of Things, edge computing, and artificial intelligence, enabling local data processing while reducing latency and bandwidth consumption. The adopted methodology follows the Design Science Research (DSR) approach, encompassing literature review, hardware and software prototyping, and laboratory testing. The system architecture consists of a central unit and distributed measurement and control modules, interconnected through a wireless communication protocol based on ESP-NOW, eliminating the need for external infrastructure. The system employs current and voltage sensors based on the ATM90E36 integrated circuit, combined with signal conditioning circuits. Experimental results demonstrate high measurement accuracy, with a coefficient of determination above 0.9998 and mean errors below ±0.30%. The communication achieved a success rate of 99.5% and an average latency of 5.8 ms, even in environments with physical obstacles. The Random Forest Regressor model, trained on data collected over a 30-day period, achieved a mean absolute error of 70.71 W. The model was successfully deployed directly on the ESP32-S3 firmware, with an inference time of 15 ms, without requiring external connectivity. The results indicate that the proposed system is a low-cost, efficient, and scalable solution for energy management in buildings, demonstrating the feasibility of applying machine learning techniques in embedded systems to support energy efficiency applications.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86922
ORCID do(s) Autor(es): https://www.orcid.org/0009000170681900
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/9340427399924201
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4443491511199960
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC

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