O MON3D é um sistema de monitoramento remoto com o objetivo de permitir o controle de impressoras 3D por meio da Internet. Ele consiste em uma interface usuário-impressora que possibilita ao usuário:
- Monitorar e controlar a temperatura e o status de sua impressora;
- Movimentar os eixos e realizar o homing dos mesmos;
- Enviar arquivos e controlar a impressão dos mesmos;
- Monitorar remotamento o funcionamento de sua impressora por meio de uma transmissão ao vivo de vídeo.
Bem-vindo ao tutorial de instalação e configuração do sistema MON3D para controle e monitoramento remoto de impressoras 3D. Antes de começar o processo, verifique a disponibilidade dos seguintes itens:
- Computador com conexão internet;
- Cartão microSD de 8GB (mínimo) e dispositivo de leitura compatível;
- Placa Raspberry Pi (RPi) e fonte de alimentação apropriada;
- Rede Wi-Fi ou cabo ethernet com conexão internet;
- Teclado USB + monitor de vídeo e cabo HDMI (opcional).
Inicialmente, o cartão microSD deve ser configurado como uma mídia de instalação (boot image) do sistema operacional Ubuntu Server. Para isso, baixe e instale o Raspberry Pi Imager e siga as instruções descritas em How to install Ubuntu Server on your Raspberry Pi. Recomenda-se pular o item 5 (install a desktop) do tutorial já que o sistema MON3D não utiliza interface gráfica.
Finalizada a configuração, o cartão microSD deve ser inserido no slot da Raspberry Pi e a placa energizada com a fonte de alimentação. Com o sistema ligado, conecte-se ao terminal de controle do Ubuntu Server remotamente através de SSH (vide tutorial), ou fisicamente com o teclado USB + monitor de vídeo e cabo HDMI. Será necessário fazer login com o usuário previamente criado no Raspberry Pi Imager.
⚠️ Atenção:
Espere algum tempo após a primeira inicialização para que o sistema operacional crie os arquivos de usuário. Caso você não tenha configurado um usuário, o Ubuntu Server utiliza como padrão ouser: ubuntuepassword: ubuntuno primeiro login, solicitando a criação de uma nova senha no processo.
Configurando Ambiente RPi:
Antes de começar a configuração do ambiente RPi, verifique a conexão da placa com a internet usando o comando ping -c 1 google.com. Caso você não tenha configurado a rede Wi-Fi no Raspberry Pi Imager, conecte um cabo ethernet com conexão internet temporariamente para executar esses primeiros procedimentos. Posteriormente a rede Wi-Fi poderá ser adicionada pelo sistema MON3D.
Uma vez conectado ao terminal do Ubuntu Server, execute o seguinte comando para atualizar os arquivos e pacotes do sistema para a última versão disponível. Será solicitado a senha do usuário para prosseguir a atualização, e uma confirmação [Y/n] na qual basta pressionar a tecla Enter do teclado.
sudo apt update && sudo apt upgrade
Dependendo dos pacotes instalados, será solicitada a reinicialização de alguns módulos do sistema. Para prosseguir, pressione a tecla Enter do teclado quando o menu de seleção abrir para reiniciar os serviços e aplicar as atualizações.
Agora vamos verificar a ordem de inicialização do dispositivo para garantir um boot prioritário pelo cartão microSD. Aguarde a finalização da etapa anterior e insira o seguinte comando no terminal:
sudo -E rpi-eeprom-config --edit
Utilizando o editor nativo do Ubuntu Server, altere a opção BOOT_ORDER para BOOT_ORDER=0xf41. Pressione Ctrl+S para salvar e Ctrl+X para sair do editor. Caso o seu arquivo já esteja com essa configuração ou BOOT_ORDER vazio, nenhuma alteração precisa ser feita e você pode sair do editor. Para aplicar as alterações, reinicie a placa RPi com o comando sudo reboot e volte ao terminal assim que o processo for finalizado.
Agora utilize o seguinte comando para instalar o gerenciador de versões Git:
sudo apt install git
Na sequência, use o comando abaixo para baixar os arquivos do sistema MON3D para sua placa RPi:
cd ~ && git clone https://github.com/Ianzani/MON3D
Uma vez finalizado o download, execute o script de configuração mon3d_setup.sh com o comando:
cd ~/MON3D/hardware/rpi_setup/ && sudo chmod +x mon3d_setup.sh && sudo ./mon3d_setup.sh
✅ Pronto!
O sistema MON3D está instalado e pronto para uso. Na próxima vez que ligar sua placa Raspberry Pi ele será executado automaticamente. Fácil não? 😎
Após instalar e configurar o sistema MON3D em sua placa Raspberry Pi, deve-se seguir alguns passos iniciais para o cadastramento de sua impressora, sendo eles: conectar sua placa à Internet, criar uma conta no site MON3D, e cadastrar sua impressora.
Conectando sua placa à Internet:
Para conectar sua placa RPi à Internet, basta conectar qualquer dispositivo à rede MON3D, a qual está sendo roteada pela RPi, utilizando a senha 12345678 e acessar o endereço 10.42.0.1. Acessada a página, deve-se preencher os campos com o nome da sua rede WiFi e sua respectiva senha, seguindo as instruções apresentadas na página. Vale ressaltar que é de extrema importância copiar o ID de sua Raspberry Pi, pois este é o único momento em que você terá acesso à ele. Enviada as informações, basta observar se o LED presente em sua placa sairá do modo intermitente para o modo ligado, indicando que a sua placa RPi foi conectada com sucesso em sua rede WiFi. Caso o LED volte ao modo intermitente, repita novamente o processo e, caso o problema persista, entre em contato com o nosso suporte técnico.
Criando sua conta:
Conectada a placa à Internet, é necessário a criação de uma conta em nosso site. Para isso, acesse o endereço http://mon3d.igbt.eesc.usp.br/ e resgistre uma nova conta no canto superior direito da página. Caso já possua uma conta MON3D, ignore este passso e prossiga para o próximo tópico.
Cadastrando sua impressora:
Possuindo uma conta MON3D, basta entrar no site utilizando suas credenciais e acessar a aba DISPOSITIVOS, caso não tenha sido redirecionado para ela. Como você não possui nenhum dispositivo cadastrado, a página apresentará apenas um botão para o cadastramento de um novo dispositivo. Assim, clique no botão e preencha as informações necessárias corretamente, prestando atenção ao ID da impressora, o qual foi apresentado ao conectar sua placa RPi à Internet, e à taxa de transmissão, a qual deve coincidir com a taxa de transmissão suportada por sua impressora. Caso o ID informado estiver correto, parabéns, você possui sua impressora cadastrada corretamente em nosso sistema, pronta para ser utilizada.
Acessado o site com sua conta MON3D, você terá acesso a todas as funções disponíveis para o controle de sua conta e de seus dispositivos.
Acessando o painel de usuário:
Caso deseja alterar o nome ou senha de sua conta, você poderá acessar o painel de usuário clicando no canto superior direito em seu nome de usuário. Além de poder alterar os dados de sua conta, você poderá também observar o endereço de email utilizado para o cadastro da mesma.
Acessando o painel da impressora:
Cadastrado um dispositivo, você poderá acessar o painel de controle do mesmo. Lá você encontrara um painel interativo dividido em 3 colunas principais. Na primeira coluna, você encontrará os botões responsáveis por conectar e desconctar o módulo à sua impressora, o status atual de sua impressora e um monitor de temperatura, o qual mostrará as temperaturas atuais de sua impressora, a referência de temperatura atual de sua impressora e duas caixas de definição de nova referência de temperatura.
Partindo para a segunda coluna, lá você encontrará os botões responsáveis por movimentar o cabeçote e a mesa de sua impressora, podendo também selecionar o passo desses movimentos; os botões de homing, tanto o homing de todos os eixos como para os eixos únicos; o botão de desenergizar os motores; e os botões de controle de impressão, sendo eles: Iniciar/Retomar, Pausar, Parar, Enviar Arquivo, Carregar Arquivo.
Já para a terceira coluna, você encontrará o monitoramento de vídeo de sua impressora e a aba de configuração de seu dispositivo. Nesta aba de configuração, você poderá alterar o nome dado ao seu dispositivo e a taxa de transmissão configurada no cadastramento de sua impressora. Ademais, você encontrará um botão de remoção de dispositivo, o qual descadastrará a sua impressora de sua conta e tornará possível o recadastro dela na mesma ou em outra conta. Ressaltamos que é de suma importância anotar o ID de sua impressora, pois você não terá novamente acesso à ele.
Este projeto baseou-se em dois principais núcleos, o da Raspberry Pi e o do servidor. No que tange o da Raspberry Pi, foi utilizado o sistema operacional Ubuntu, devido à sua compatibilidade com as ferramentas do projeto, e foi utilizado a linguagem Python para a programação, devido a sua versatilidade. As principais ferramentas utilizadas neste núcleo foram: FFmpeg, responsável pelo envio do streaming; Firebase Admin SDK, biblioteca python utilizada para a comunicação da RPi com o servidor Firebase; e USART, comunicação serial utilizada entre a impressora e a placa RPi. Vale ressaltar que, para a automatização dos processos da RPi, foram criados códigos em BASH, permitindo, assim, o início dos códigos sem a necessidade de acessar a Raspberry Pi.
Já para o núcleo do servidor, foi utilizado o servidor fornecido pela Universidade de São Paulo (USP) para hospedar o Flask, framework python responsável tanto pelo backend quando pelo frontend do nosso site, e o MediaMTX, servidor de mídia responsável por receber e transmitir o streaming da impressora. As principais ferramentas utilizadas neste núcleo foram: Firebase Admin SDK; SQLite, banco de dados utilizado para o controle de usuários; Firebase Firestore e Storage, responsável pelo controle dos dispositivos; CSS, HTML, JavaScript e Jinja, responsáveis pela construção do site. No que tange o Flask, foram utilizadas as bibliotecas FlaskLogin, para a autenticação de usuário; FlaskMigrate, responsável pela atualização do banco de dados; FlaskSQLAlchemy, responsável por controlar o banco de dados SQLite; e WTForms, responsável pela criação de forms para as páginas, junto aos forms HTML.
Na imagem abaixo é possível observar a estrutura resumida do nosso projeto, a qual também está disponível em nosso site MON3D.
