00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO- IC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Aplicação de TinyML em sensores virtuais para monitoramento da qualidade do ar em ambientes industriais
Autor(es): Rodrigues, Tayco Murilo Santos
Primeiro Orientador: Cordeiro, Thiago Damasceno
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Carvalho, Frede de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Barboza, Erick de Andrade
metadata.dc.contributor.referee2: Oliveira, Andressa Martins
Resumo: O monitoramento contínuo da qualidade do ar, especialmente no setor de mineração, é essencial para garantir que os níveis de poluentes estejam dentro dos padrões regulatórios. As soluções tradicionais para este monitoramento enfrentam limitações técnicas e econômicas e, neste contexto, as técnicas de aprendizagem de Máquina, do termo em inglês machine learning (ML), aplicadas a sistemas embarcados (TinyML), oferecem uma alternativa promissora para a previsão e análise de poluentes atmosféricos. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de baixo custo e com recursos computacionais limitados para monitoramento contínuo da qualidade do ar que utilize técnicas de inteligência artificial (IA) para prever a concentração de cloro no ar com base em variáveis de entrada facilmente acessíveis: potássio e sódio. O modelo de IA foi treinado, otimizado e embarcado em um microcontrolador ESP32-S3. A quantização dos modelos reduziu o tamanho dos mesmos sem comprometer a precisão, garantindo a viabilidade de processamento em dispositivos com recursos limitados, com média de tempo para o processo de inferência sendo aproximadamente de 49,01 µs. No que diz respeito à precisão nas previsões de cloro, o modelo apresentou um erro quadrático médio de 3,96, um erro absoluto médio de 1,14 e um coeficiente de determinação de 0,95, demonstrando alta eficiência confirmando a viabilidade do sistema proposto.
Abstract: Continuous air quality monitoring, especially in the mining sector, is essential to ensure that pollutant levels remain within regulatory standards. Traditional solutions for this monitoring face technical and economic limitations. In this context, Machine Learning (ML) techniques applied to embedded systems (TinyML) offer a promising alternative for forecasting and analyzing atmospheric pollutants. This work aims to develop a low-cost system with limited computational resources for continuous air quality monitoring that uses artificial intelligence (AI) techniques to predict chlorine concentration in the air based on easily accessible input variables: potassium and sodium. The AI model was trained, optimized, and embedded in an ESP32-S3 microcontroller. Model quantization reduced the model size without compromising accuracy, ensuring processing feasibility on resource-limited devices, with an average inference process time of approximately 49.01 µs. Regarding chlorine prediction accuracy, the model presented a mean squared error of 3.96, a mean absolute error of 1.14, and a determination coefficient of 0.95, demonstrating high efficiency and confirming the viability of the proposed system.
Palavras-chave: Inteligência artificial
TinyML
Monitoramento ambiental (Poluição atmosférica)
Mineração
ESP32-S3 (Sistemas em chip)
Quantização de modelos
Redes neurais artificiais
Artificial intelligence
Environmental monitoring (Air pollution)
Mining
ESP32-S3 (Systems on Chip)
Model quantization
Artificial neural networks
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia da Computação - Bacharelado
Citação: RODRIGUES, Tayco Murilo Santos. Aplicação de TinyML em sensores virtuais para monitoramento da qualidade do ar em ambientes industriais. 2025. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) – Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16610
Data do documento: 22-nov-2024
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