FRAMEWORK DE REFERÊNCIA PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕESANDROID APLICADO A AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÕES DE ENERGIA ELÉTRICA

Leonardo Bressan Motyczka1, Paulo Sérgio Sausen2, Mauricio de Campos3, Airam Sausen3

1Bolsista IC do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC), Unijuí - Ijuí/RS - leonardo.motyczka@unijui.edu.br2Orientador IC do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC), Unijuí - Ijuí/RS - sausen@unijui.edu.br

3Pesquisador do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC), Unijuí - Ijuí/RS - campos,airam@unijui.edu.br

Resumo: Neste artigo é apresentado um framework de refe-rência para desenvolvimento de aplicações Android aplicadoao setor elétrico. O principal objetivo deste framework étornar o processo de desenvolvimento de aplicações para dis-positivos móveis, mais prático e eficiente, especialmente parausuários iniciantes. Para validar a eficiência do frameworkproposto foi desenvolvido um módulo de monitoramento re-moto que é parte de um sistema maior de automação parasubestação de energia elétrica.

Palavras-chave: Android, Framework de Referência, Apli-cações de Engenharia.

1. INTRODUÇÃO

Com o crescente avanço da produção e da venda desmartphones e tablets (e.g., Apple iPad, Galaxy Tablet, en-tre outros), é notável a popularidade alcançada pelos dispo-sitivos móveis, em especial pelos smartphones. Percebe-se que existe, de fato, uma migração da computação tradi-cional, baseada em computadores pessoais, para uma novaera, denominada era da computação pervasiva muitas vezeschamada de computação ubíqua. A idéia deste novoparadigma, de forma geral, é apresentar um novo mundoonde a computação está completamente inserida no cotidianoda vida das pessoas, principalmente a partir do uso de dispo-sitivos que comunicam-se de forma transparente, disponibi-lizando e apresentado informações a qualquer hora em qual-quer lugar. Diante de tudo isto é eminente o desenvolvimentode novos sistemas operacionais e aplicações para atender estesegmento em constante crescimento e evolução. Estas, no-vas, aplicações devem ser desenvolvidas com a adição denovos recursos que muito se diferenciam dos presentes nacomputação tradicional (i.e., aplicações desktop), como porexemplo, a substituição dos meios tradicionais de entradade dados, teclado e mouse, por algo mais intuitivo comoa utilização de telas sensíveis ao toque. Por se tratar deum conceito de desenvolvimento relativamente novo, a de-manda por profissionais capacitados para o desenvolvimento

de aplicações para este segmento é alta, e a quantidade deinformações relacionadas com o desenvolvimento de apli-cações com estas características ainda é escassa e mal estru-turada. Para exemplificar esta dificuldade, atualmente exis-tem várias versões da plataforma Android, o que pode, comcerteza, confundir o usuário no processo de instalação dasferramentas necessárias para iniciar o processo de desen-volvimento. Neste contexto, o presente artigo objetiva apre-sentar um framework de referência para desenvolvimento deaplicações com ênfase na plataforma Android. O frameworkproposto é completamente estruturado a partir de tecnolo-gias livres de custos, tornando-se, portanto, economicamenteviável ao mesmo tempo em que objetiva tornar a tarefa dodesenvolvedor mais simples e produtiva.

2. PLATAFORMA ANDROID

O Android é um sistema operacional mobile direcionadoaos smartphones baseado no kernel Linux. Inicialmente oprojeto Android foi desenvolvido pela Google e posterior-mente contou com a cooperação do Open Handset Alliance(OHA). A OHA é um fórum de desenvolvedores compostopor várias companhias de tecnologia que uniram-se com oobjetivo de promover e oferecer, ao consumidor, uma experi-ência rica e de menor custo no uso e no desenvolvimento deaplicativos para dispositivos móveis, em especial aos smart-phones [1].

Na Figura 1 é apresentado o primeiro celular comercialbaseado na plataforma Android o HTC G1 [3]. O G1 foilançado oficialmente no dia 22 de Outubro de 2008 nos Es-tados Unidos este smartphone caracteriza-se pela presençade uma tela sensível ao toque (i.e., touchscreen) em con-junto com um teclado do tipo QWERTY. Este smartphonefoi um dos pioneiros a apresentar recursos até então encon-trados apenas em desktop ou notebook, tais como câmera devídeo de alta definição e conexões Wi-Fi e 3G.

Desde o lançamento do sistema Android coexistem váriosmodelos de smartphones que executam diferentes versões do

Figura 1 – Smartphone HTC G1

sistema operacional Android (e.g., 1.6, 2.1, 2.2, 2.3, 3.0).Reside neste ponto uma das principais características nega-tiva da plataforma Android, pois muitas vezes os fabricantesdos dispositivos que executam o Android não se preocupamem atualizar sua plataforma para as versões mais atuais oque acarreta, em muitos casos, a total falta de interoperabil-idade entre os aplicativos que necessitam de funções inexis-tentes em versões antigas do Android. Atualmente (em Maiode 2011) a versão mais recente do sistema operacional An-droid para smartphones é a versão 2.3.3 que disponibilizauma série de melhorias na interface com o usuário. Dentreestas melhorias destacam-se a entrada de dados mais rápida eintuitiva, o melhor gerenciamento de energia, o controle maisamplo sobre as aplicações, novas tecnologias como o NFC(Near Field Communication) e correções de vários bugs re-portados nas versões anteriores. Vale destacar o lançamentoda versão 3.0, voltada especificamente para dispositivos dotipo tablets que tem seu foco principal no aperfeiçoamentosda utilização de telas com tamanho e resoluções superioresàs encontradas nos smartphones.

Figura 2 – Arquitetura Android

Na Figura 2 é apresentada a arquitetura do sistema An-droid que é dividida em diversas camadas. A camada de maisbaixo nível, o Linux Kernel, abstrai todo o hardware para osistema operacional, possibilitando a portabilidade para umadiversificada gama de plataformas. Internamente, o kernel,é utilizado para gerenciamento de memória, processos, re-des e serviços do sistema operacional. Esta camada foi de-senvolvida de forma a não possibilitar a um usuário final,

de um dispositivo que executa o Android, o acesso direto achamadas ao kernel.

A segunda camada, logo acima da camada Linux Ker-nel, é a camada de bibliotecas nativas do Android, todaselas são escritas em linguagem C ou C++ compiladas paraa arquitetura de hardware especifica utilizada pelo disposi-tivo em questão (i.e., a arquitetura Advanced RISC Machine(ARM)). A partir da versão 1.5 do Android é possível o de-senvolvimento, pelo usuário, e incorporação de novas biblio-tecas as bibliotecas nativas do Android a partir da utilizaçãodo Native Development Kit(NDK). No mesmo nível da ca-mada de bibliotecas encontra-se a camada Android Runtime,que inclui a máquina virtual Dalvik e as principais bibliote-cas Java que se diferenciam em dois aspectos da implemen-tação oficial do Java. A máquina Dalvik executa arquivoscom extensão do tipo .dex em vez dos .class. Já as biblio-tecas Java incluídas no Android não são equivalentes as doJ2ME (Java Mobile Edition) e do J2SE (Java Standard Edi-tion).

Acima das bibliotecas nativas e da Android Runtime, estáa camada Application Framework. Esta camada fornece osblocos de alto nível para o desenvolvimento de novas apli-cações, apesar desta biblioteca já vir pré-instalada com oAndroid existe a possibilidade de estendê-la a partir da cri-ação de novos componentes caso seja necessário. No topoda arquitetura Android encontra-se a camada de Aplicaçõese Widgets, que são formadas por aplicações que interagemcom o usuário enquanto utilizador do sistema. Esta camadaé composta tanto por aplicativos pré-instalados como poraplicativos disponíveis no Android Market.

3. FRAMEWORK DE REFERÊNCIA PROPOSTO

A partir das ferramentas disponibilizadas pelo próprioGoogle para a plataforma Android e outras usualmente uti-lizadas em desenvolvimento de software, foi construído umframework de referência objetivando facilitar o desenvolvi-mento de aplicações para a plataforma Android, especial-mente para desenvolvedores que estão iniciando seus estudosno desenvolvimento de aplicações para dispositivos móveis.Como mencionado anteriormente, dentre outras característi-cas, o framework proposto é totalmente estruturado a partirde tecnologias livres, as quais serão apresentadas e descritasna seqüencia do artigo.

O desenvolvimento inicial das aplicações para o ambienteAndroid é realizado a partir do ambiente desktop utilizandoo SDK (i.e. Software Development Kit) disponibilizado peloGoogle e não diretamente no dispositivo móvel. Dentre asdiversas vantagens de adotar essa metodologia, destaca-sea eliminação da obrigatoriedade de possuir um dispositivomóvel real para o desenvolvimento e testes iniciais da apli-cação a ser desenvolvida. Isso proporciona uma significativaeconomia, principalmente se a equipe de desenvolvedores fornumerosa.

Na Figura 3 é apresentado o framework de referência paradesenvolvimento de aplicações no ambiente Android pro-posto neste artigo. Conforme se pode observar o frameworkproposto foi desenvolvido em camadas, a camada mais ex-terna é a camada que abriga o sistema operacional do com-putador utilizado para desenvolver a aplicação. Pode ser uti-

lizado qualquer sistema operacional (i.e., Windows, Mac OSou Linux), pois as demais ferramentas/aplicativos que com-põe as demais camadas do framework são todas tecnologiasmultiplataformas e possuem versões livre de licença. Nesteartigo serão abortadas apenas tecnologias e sistemas opera-cionais livres, portanto a referência para sistema operacionalserá o Ubuntu uma distribuição Linux baseada no Debian.No entanto, cabe ressaltar que poderia ser utilizado qualquerdistribuição Linux, Windows ou mesmo o sistema Opera-cional Mac OS.

A segunda camada, apresentada na Figura 3, abriga o am-biente de desenvolvimento integrado (i.e., IDE) adotado noframework proposto que é o IDE Eclipse. A idéia é apresen-tar um framework flexível que possibilite a adoção de qual-quer outro IDE, a critério do usuário, novamente ressalta-seque a doação do IDE Eclipse é em virtude, especialmente,de sua farta documentação e plugins disponíveis que facili-tam em muito o processo de desenvolvimento e depuraçãode código e por se tratar de uma alternativa livre de licençae custo. Como consequência, natural, da utilização do IDEEclipse optou-se em adotar, na última camada do frame-work proposto, o Android Development Tools (ADT) que éum plugin disponível para Eclipse que se constitui em umapoderosa ferramenta que torna o processo de desenvolvi-mento de aplicações para Android fácil e rápido. Ainda nestacamada podem ser incorporadas bibliotecas auxiliares parao desenvolvimento de aplicações Android. Estas bibliote-cas, desenvolvidas em Java pela Google, em conjunto como emulador disponível no Android SDK podem ser insta-ladas e customizadas para diferentes sistemas operacionaisconforme já mencionado.

A seguir serão apresentadas e descritas todas as ferramen-tas que juntas formam o framework de referência proposto.Todas as ferramentas apresentadas nesta seção são facilmenteobtidas na Internet e todas possuem versões multiplataformaslivres de custo.

3.1. Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE)

Como mencionado anteriormente para o framework pro-posto optou-se em adotar o IDE Eclipse para dar suporte atarefa de escrita, compilação e depuração de códigos desen-volvidos para a plataforma Android. A escolha do Eclipsebaseou-se principalmente pela vasta documentação que esteIDE possui em conjunto com um significativo números deplugins disponíveis para desenvolvimento para o ambienteAndroid. Um destes plugins é o Android Development Tools(ADT), que se constitui em uma excelente ferramenta namanutenção do código, depuração e execução a partir do usodo emulador Android. Porém existem outras ferramentas quepoderiam ter sido usadas para o desenvolvimento das apli-cações, como é o caso do App Inventor [2], que permite aconstrução de aplicações a partir de uma interface web. Neleé usado uma técnica de união de peças, como um quebracabeça, para desenvolver as ações desejadas, posteriormenteo aplicativo pode ser exportado para um APK (Android Pack-age) ou mesmo exportado diretamente para um dispositivomóvel.

Figura 3 – Framework de Referência Proposto

3.2. Emulador do Ambiente Android

Objetivando facilitar o desenvolvimento de aplicaçõesAndroid o Google criou o Emulador Android. O emuladorAndroid é um programa que simula, com todos os detalhes,um dispositivo executando Android possuindo praticamentetodas as funcionalidades presente em um smartphone real.Um dos problemas relatados no uso deste simulador é seudesempenho em relação ao tempo de resposta quando com-parado com um dispositivo real ou mesmo em comparação aoutros emuladores da concorrência (e.g., Emulador do iOS).Uma das vantagens em utilizar o emulador, além de obvia-mente não precisar do dispositivo físico, é a facilidade emdepurar o código em desenvolvimento, ou seja, verificar aexistência de erros em tempo de execução, o que facilita odesenvolvimento e reduz, significativamente, o tempo paracorreção de falhas do aplicativo que esta sendo desenvolvido.

3.3. Linguagem de Programação

É possível desenvolver aplicativos para o ambiente An-droid utilizando a linguagem Java em conjunto com o SDKou mesmo utilizar a linguagem C++ em conjunto com oNDK (Native Development Kit). Essa última opção é encora-jada pelo Google para os desenvolvedores, especialmente, dejogos que necessitam desenvolver aplicativos que necessitemde um melhor controle dos recursos do dispositivo físico, nocaso os smartphones. No entanto, o desenvolvimento e oprocesso de depuração do código tornam-se mais complexouma vez que não é possível ter acesso às bibliotecas disponi-bilizadas pelo Google. Já a Linguagem de Programação Javaé indicada, pelo próprio Google, para o desenvolvimento deaplicações que utilizam as funções básicas disponíveis namaioria dos smartphones.

Figura 4 – Subsistema de Monitoramento Móvel

4. DESENVOLVIMENTO DE UMA APLICAÇÃO MO-DELO UTILIZANDO O FRAMEWORK

Para comprovar a eficiência do framework conceitual pro-posto neste artigo, foi desenvolvida uma aplicação modeloutilizando o framework. A metodologia adotada foi realizara instalação de todas as ferramentas e tecnologias que com-põem o framework e desenvolver a aplicação modelo uti-lizando a linguagem de programação Java.

A aplicação modelo desenvolvida consiste em um módulomóvel, independente e remoto do Sistema de Monitoramentode Subestações de Energia Elétrica desenvolvido pelo Grupode Automação Industrial e Controle da Unijuí. Este sistemautiliza o conceito de sensores inteligentes estruturados a par-tir de uma Rede de Sensores sem Fio (RSSF) e foi totalmentedesenvolvido sobre plataforma de software livre unindo, emum mesmo sistema de supervisão, os conceitos de sensoresinteligentes, mobilidade, software livre e baixo custo.

Figura 5 – Aplicação Modelo Desenvolvida

A aplicação modelo consiste em um subsistema móvel demonitoramento de subestações de energia elétrica com podeser verificado na Figura 4 (D) que faz parte de um sistemamaior de monitoramento de subestações de energia elétrica,mais detalhes sobre o sistema completo podem ser encon-tradas em [4–6]. O subsistema de monitoramento fornecegarantias de fornecimento de energia elétrica de qualidadepermitindo monitorar, em tempo real, uma subestação de en-ergia elétrica e verificar as variações e distúrbios ocorridos apartir de um dispositivo móvel, no caso um smartphone exe-cutando o sistema operacional Android.

Na Figura 5 é apresentada a aplicação modelo desen-volvida, esta aplicação exibe, na forma de gráficos, asgrandezas de tensões, correntes e potências coletadas emuma subestação de energia elétrica, em tempo real, a partir dautilização de um Web Service (WS) que acessa os dados cole-tados anteriormente pelo Subsistema de Aquisição de Dados.Esta aplicação possui ainda recursos que permitem realizarconsultas de erros (e.g. sub-tensão e sobrecarga) que ocor-reram na subestação.

O WS é o nível que se situa entre a base de dados e a apli-cação, WS é uma solução utilizada na integração de sistemase na comunicação entre aplicações diferentes. A partir dele épossível que novas aplicações possam interagir com aquelasque já existem e que sistemas desenvolvidos em plataformasdiferentes sejam compatíveis. Situação existente neste ar-tigo quando é apresentado o desenvolvimento da aplicação

modelo, a partir do framework proposto, ao sistema de au-tomação de subestação já existente.

5. CONCLUSÃO

A crescente popularidade dos dispositivos móveis, espe-cialmente dos smartphones, criou a necessidade da disponi-bilização de novas aplicações que possam ser executadasnestes novos dispositivos. Com o objetivo de auxiliar osdesenvolvedores iniciantes, neste artigo é apresentado umframework de referência para desenvolvimento de aplicaçõescom ênfase na plataforma Android. O framework propostoé completamente estruturado a partir de tecnologias livresde custos, tornando-se, portanto, economicamente viável aomesmo tempo em que auxilia desenvolvedores que estão ini-ciando seus estudos no desenvolvimento de aplicações paradispositivos móveis. Objetivando a comprovação da fun-cionalidade do framework proposto foi apresentando o de-senvolvimento de um módulo remoto de monitoramente desubestações de energia elétrica. A aplicação apresentada,além de demonstrar a funcionalidade do framework, con-seguiu agregar a possibilidade de monitoramento remoto apartir de um dispositivo móvel a um sistema de automaçãode subestação de energia elétrica melhorando a qualidade daenergia produzida e distribuída aos consumidores.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Conselho de DesenvolvimentoCientífico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de IniciaçãoCientífica disponibilizada para este Projeto de Pesquisa.

Referências

[1] R. LECHETA, ’Google Android - Aprenda a criar apli-cações para dispositivos móveis com Android SDK’,Editora Novatec, 2 Edição, São Paulo, 2010.

[2] D. Wolber, H. Abelson, E. Spertus and L. Looney,“App Inventor: Create You Own Android Apps,”O´Reilly, First Edition, ISBN 978-1-4493-9748-7,Canada, April 2011.

[3] G. M. Rocha, G. A. Kyriazis, “Learning Android ”,O´Reilly Media, First Edition, 268 pages, 2011.

[4] F. Salvadori, P. S. Sausen, L. Hartmann, M. Campos,E. Padoin, “Acquisition And Transmission Data Moni-toring System Applied To Energy Substation ”, Indus-trial Informatics (INDIN). Proceedings. IEEE Interna-tional Conference on 21-24 Aug. 2003 Page(s):60 - 64,Banff, Alberta, Canada.

[5] P. S. Sausen, F. Salvadori, M. Spohn, A. Oliveira, M.Campos, E. Padoin, “ Sistema Baseado em SoftwareLivre para Automação de Subestações Utilizando Re-des de Sensores Inteligentes ”, VII SIMPASE - Sim-pósio de Automação de Sistemas Elétricos, Salvador -2007.

[6] M. Dill, P. S. Sausen, S. Dill, E. Padoin, “ AutomaçãoDe Subestações De Energia Elétrica Utilizando Dis-positivos Móveis ”, Em: Brazilian Conference on Dy-namics Control and Applications DINCON-09, 18-22de Maio, 2009.