UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
(Bacharelado)
PROTÓTIPO DE UM SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE
CARROS DE COMPETIÇÕES, UTILIZANDO RÁDIO
FREQÜÊNCIA.
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO À UNIVERSIDADE
REGIONAL DE BLUMENAU PARA A OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA
DISCIPLINA COM NOME EQUIVALENTE NO CURSO DE CIÊNCIAS DA
COMPUTAÇÃO — BACHARELADO
RODRIGO EGLINTON DIENER
BLUMENAU, JUNHO/2002
2002/1-63
PROTÓTIPO DE UM SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE
CARROS DE COMPETIÇÕES, UTILIZANDO RÁDIO
FREQÜÊNCIA.
RODRIGO EGLINTON DIENER
ESTE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO FOI JULGADO ADEQUADO
PARA OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA DISCIPLINA DE TRABALHO DE
CONCLUSÃO DE CURSO OBRIGATÓRIA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE:
BACHAREL EM CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
Prof. Antonio Carlos Tavares — Orientador na FURB
Prof. José Roque Voltolini da Silva — Coordenador do
TCC
BANCA EXAMINADORA
Prof. Antonio Carlos Tavares
Prof. Miguel Alexandre Wisintainer
Prof. Dalton Solano dos Reis
ii
AGRADECIMENTOS
A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização e divulgação
deste trabalho, em especial, aos meus pais Pedro Ivo Diener e Sirlene T. Diener, pelo
apoio e incentivo que sempre empreenderam durante minha formação acadêmica.
Agradeço
ao
professor
e
orientador
Antônio
Carlos
Tavares,
pelo
acompanhamento e dedicação que propiciaram um maior aprofundamento dos estudos
desta pesquisa.
iii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS......................................................................................................vii
LISTA DE TABELAS.......................................................................................................ix
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.........................................................................x
RESUMO ..........................................................................................................................xi
ABSTRACT .....................................................................................................................xii
1
INTRODUÇÃO ........................................................................................................1
1.1
ORIGEM DO TRABALHO ...............................................................................2
1.2
ÁREA .................................................................................................................2
1.3
PROBLEMA ......................................................................................................2
1.4
JUSTIFICATIVAS .............................................................................................3
1.5
OBJETIVOS .......................................................................................................3
1.6
ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO..................................................................3
2
SISTEMA DE MONITORAMENTO.....................................................................5
3
COMUNICAÇÃO DE DADOS...............................................................................7
3.1
TRANSMISSÃO DE SINAIS ............................................................................7
3.2
TRANSMISSÃO DE DADOS ...........................................................................8
3.3
SENTIDO DA TRANSMISSÃO .....................................................................10
3.4
VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO .............................................................10
3.5
MODOS DE TRANSMISSÃO ........................................................................11
3.6
MEIOS DE TRANSMISSÃO ..........................................................................12
3.6.1
PAR TRANÇADO ...................................................................................12
3.6.2
CABO COAXIAL ....................................................................................13
3.6.3
FIBRA ÓPTICA .......................................................................................13
iv
3.7
MODULAÇÃO ................................................................................................14
3.7.1
MODULAÇÃO ANALÓGICA................................................................14
3.7.2
MODULAÇÃO DIGITAL .......................................................................14
3.8
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS .....................................14
3.8.1
DETECÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS ..............................................16
3.8.1.1
MÉTODO DA PARIDADE COMBINADA........................................16
3.8.1.2
MÉTODO HRC....................................................................................17
3.8.1.3
MÉTODO CRC ....................................................................................17
3.9
3.9.1
4
COMUNICAÇÃO COM RS-232.....................................................................18
USART .....................................................................................................20
TRANSMISSÃO DE DADOS SEM FIO - WIRELESS .....................................21
4.1
TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO ..................................................21
4.2
TRANSMISSÃO A LASER.............................................................................22
4.3
TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS............................................22
4.4
SISTEMA ALOHA POR RÁDIO DIFUSÃO..................................................24
5
RÁDIO FREQÜÊNCIA .........................................................................................26
5.1
PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS................................27
5.2
DISTORÇÃO, RUÍDO E INTERFERÊNCIA .................................................29
5.3
CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO ...............................................30
5.4
EQUIPAMENTOS DE RÁDIO .......................................................................31
6
6.1
DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO.........................................................32
ESPECIFICAÇÃO E FERRAMENTAS UTILIZADAS NA
IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO. ........................................................32
6.2
O MÓDULO-1..................................................................................................36
6.3
MICROCONTROLADOR PIC16F877............................................................37
v
6.4
MÓDULO DE TRANSMISSÃO TWS-315 ....................................................38
6.5
MÓDULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3 ........................................................39
6.6
MAX 232..........................................................................................................40
6.7
IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO ..........................................................41
6.8
OPERACIONALIDADE DO PROTÓTIPO ....................................................46
6.9
RESULTADOS ................................................................................................50
7
CONCLUSÃO.........................................................................................................51
7.1
DIFICULDADES ENCONTRADAS...............................................................51
7.2
LIMITAÇÕES ..................................................................................................51
7.3
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS............................................52
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................53
APÊNDICE ......................................................................................................................55
ANEXO 1: ........................................................................................................................59
vi
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL DIGITAL.................................................8
FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO .........................................8
FIGURA 3 - TRANSMISSÃO SERIAL ............................................................................9
FIGURA 4 - TRANSMISSÃO PARALELA .....................................................................9
FIGURA 5 - TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA ..............................................................11
FIGURA 6 - PAR TRANÇADO ......................................................................................12
FIGURA 7 - CABO COAXIAL .......................................................................................13
FIGURA 8 - FIBRA ÓPTICA ..........................................................................................13
FIGURA 9 - PROTOCOLO .............................................................................................15
FIGURA 10 - PROTOCOLO BSC (PONTO-A-PONTO/BSC-1)...................................15
FIGURA 11 - CONECTOR DB25 ...................................................................................19
FIGURA 12 - CONECTOR DB9 - MACHO...................................................................19
FIGURA 13 - BITS DE CONTROLE DA USART .........................................................20
FIGURA 14 - TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO ...........................................22
FIGURA 15 - TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS.....................................23
FIGURA 16 - SISTEMA ALOHA DO HAVAÍ...............................................................25
FIGURA 17 - ONDAS DE RÁDIO .................................................................................26
FIGURA 18 - FENÔMENO DA REFLEXÃO ................................................................28
FIGURA 19 - REFLEXÃO IONOSFÉRICA ...................................................................28
FIGURA 20 - DIFRAÇÃO DA ONDA DE RÁDIO........................................................29
FIGURA 21 - ESQUEMA DE LIGAÇÃO DAS VARIÁVEIS .......................................32
FIGURA 22 - DIAGRAMA EM BLOCOS DO PROTÓTIPO........................................33
FIGURA 23 - DIAGRAMA DOS PROCESSOS DO SISTEMA....................................34
vii
FIGURA 24 - FLUXOGRAMA DA AQUISIÇÃO DOS DADOS..................................34
FIGURA 25 - FLUXOGRAMA DA MONITORAÇÃO .................................................35
FIGURA 26 - PLACA PICLAB 4A .................................................................................37
FIGURA 27 - MICROCONTROLADOR PIC16F877.....................................................38
FIGURA 28 - MODULO DE TRANSMISSÃO TWS-315 .............................................38
FIGURA 29 - MODULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3 .................................................39
FIGURA 30 - MAX 232...................................................................................................41
FIGURA 31 - SERIGRAFIA DA PICLAB 4A ................................................................42
FIGURA 32 – ESQUEMA DAS TECLAS NA PICLAB 4A ..........................................43
FIGURA 33 - ESQUEMA DO POTENCIÔMETRO NA PICLAB 4A...........................43
FIGURA 34 - ESQUEMA DA RS-232 DA PICLAB 4A ................................................44
FIGURA 35 - CÓDIGO FONTE DA IMPLEMENTAÇÃO NO PIC16F877 .................45
FIGURA 36 - FORMATO DOS DADOS TRANSMITIDOS .........................................46
FIGURA 37 - TELA PRINCIPAL....................................................................................47
FIGURA 38 - TELA CONFIGURAR ..............................................................................47
FIGURA 39 - TELA MONITORAÇÃO ..........................................................................48
FIGURA 40 - TELA DADOS RECEBIDOS ...................................................................49
FIGURA 41 - TELA GRÁFICO.......................................................................................49
FIGURA 42 - TELA SOBRE ...........................................................................................50
viii
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - CARACTERES DE CONTROLE..............................................................15
TABELA 2 - PINOS PARA COMUNICAÇÃO..............................................................18
TABELA 3 - PACOTE UTILIZADO NO SISTEMA ALOHA.......................................25
TABELA 4 - CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO .........................................30
TABELA 5 - PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE RÁDIO..............30
TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MICROCONTROLADOR ........37
TABELA 7 - PINOS DO TRANSMISSOR TWS-315 ....................................................39
TABELA 8 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO TRANSMISSOR TWS-315.......39
TABELA 9 - PINOS DO RECEPTOR RWS-371-3 ........................................................40
TABELA 10 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO RECEPTOR RWS-371-3.........40
TABELA 11 - CONFIGURAÇÃO DAS VARIÁVEIS ...................................................41
TABELA 12 - VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE ERROS .......................................50
ix
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AMPLITUDE
(potência de um sinal)
ASCII
(American Standard Code for Information Interchange)
BIT
(dígito binário)
BCC
(Block Character Check)
BYTE
(conjunto de 8 bits)
BPS
(bits por segundo)
BSC
(Binary Synchronous Communication)
BUFFER
(dispositivo de armazenamento)
CLOCK
(relógio)
EBCDIC
(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)
FREQÜÊNCIA
(Número de oscilações de um movimento vibratório)
HZ
(Hertz)
IED
(Industrial electronic device)
LRC
(Longitudinal Redundancy Checking)
OEM
(Onda eletromagnética)
RF
(Rádio freqüência)
STRING
(Cadeia de caracteres)
VRC
(Vertical Redundancy Checking)
USART
(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)
x
RESUMO
Este trabalho relata o desenvolvimento de um protótipo de um sistema para
monitoração de veículos de competições, utilizando microcontroladores e a comunicação
de dados via rádio freqüência. O protótipo do sistema está dividido em três partes: a
aquisição dos dados no veículo através de um microcontrolador PIC16F877, a
transmissão dos dados via rádio freqüência e o software de monitoramento em um
computador remoto. Com o objetivo de facilitar o trabalho dos mecânicos, do piloto e
demais integrantes da equipe, este protótipo vem automatizar o processo de monitoração
de veículos.
xi
ABSTRACT
This work is the development of a system prototype for competition´s vehicles
monitoration, using microcontrollers and the communication of data through radio
frequency. The prototype of the system is divided in three parts: the acquisition of the
data in the vehicle through a microcontroller PIC16F877, the transmission of the data
through radio frequency and the monitoration software in a remote computer. With the
objective of facilitate the mechanics' work, the pilot and other members of the team, this
prototype comes to automate the process of vehicle monitoration.
xii
1
1 INTRODUÇÃO
Em todas as modalidades de esporte praticadas atualmente, ocorre uma
competição muito acirrada, e não é diferente naquelas onde envolvem carros de corrida,
uma vez que a tecnologia usada avança de forma acentuada.
Existem inúmeras equipes de pequeno e médio porte que monitoram seus carros
manualmente, ou seja, buscam seus dados para controle através de pessoas da equipe ou
do próprio piloto. Dados esses que incluem nível de gasolina, do óleo, da bateria, dos
freios, da temperatura, etc.
Uma melhoria para a obtenção dos dados seria a utilização dos sistemas de
telemetria disponíveis, lembrando que, para empresas (equipes) de médio e pequeno
porte isso teria um custo muito elevado, dificultando em muito sua aquisição.
A utilização da rádio freqüência neste caso é imprescindível, uma vez que, para
se fazer o monitoramento dos carros não é possível à utilização de cabos ou outras
formas de transmissão.
Redes sem fio, é uma modalidade de comunicação onde a informação (dados) é
transmitida através da atmosfera por ondas eletromagnéticas ou acústicas, substituindo os
meios físicos. Na maioria dos sistemas de redes sem fio em uso, são utilizadas ondas de
rádio freqüência ou infravermelho (Valgas, 1999).
Segundo Pelisson (2000), a modulação constitui-se na técnica empregada para
modificar um sinal com a finalidade de possibilitar o transporte de informações através
do canal de comunicação, e recuperar o sinal na sua forma original, na outra
extremidade. Pode ser ela por amplitude ou por freqüência.
Os meios de transmissão por rádio freqüência operam com placas ou cartões de
rede que possuem adaptador para antena pelo qual recebem os dados do meio na forma
de sinais digitais.
Geralmente as redes sem fio são utilizadas em ambiente de difícil instalação da
fiação (cabeamento), ou quando uma rede sofre freqüentes mudanças de ambiente ou
posição (Behrens, 2000).
1
2
Uma possível solução para o problema de aquisição dos dados vindos do piloto
ou de membros da equipe seria a utilização de um software que monitore constantemente
(volta a volta) este carro, através de placas microcontroladas, identificadores, bem como
o uso de transmissores e receptores para a transferência dos dados a uma estação
supervisora via rádio freqüência.
Um microcontrolador é um elemento eletrônico desenvolvido para executar
tarefas específicas, com linguagem específica. Ele dispõe de uma memória de programa
que contém as instruções que deve executar e uma memória de dados para armazenar
temporariamente informações de uso próprio das instruções (Cunha 2000) (Nicolosi
2000).
A automatização do processo de coleta de dados reduziria em muito o tempo
gasto para chegar a uma solução dos problemas ocorridos, tempo esse que pode ser
decisivo em uma competição.
1.1 ORIGEM DO TRABALHO
Este trabalho surgiu como uma idéia na disciplina de empreendedor em
informática, que tem como objetivo criar uma idéia de negócio, trazendo uma
oportunidade para a criação de um produto.
1.2 ÁREA
Este protótipo abrange a área de desenvolvimento de software de aplicação,
estudo dos microcontroladores e da comunicação de dados via rádio freqüência.
1.3 PROBLEMA
Dentre as observações junto às competições realizadas no estado, mais
precisamente na cidade de São Bento do Sul, no que diz respeito aos veículos utilizados
em competições, o controle dos mesmos é feito através de placas sinalizadoras, gestos ou
por voz (rádio). Na maioria das vezes, as indicações feitas pelo piloto são
desconsideradas ou não entendidas pelos mecânicos ou membros da equipe, ficando o
veículo com um monitoramento ineficiente.
3
O desenvolvimento deste trabalho traz uma proposta de melhoria no serviço de
monitoramento de veículos, atualmente disponível apenas para empresas de médio e
grande porte.
1.4 JUSTIFICATIVAS
Com o objetivo de proporcionar um controle acurado e preciso dos veículos de
competição, aliado a segurança dos mesmos, esta proposta quer trazer uma solução ao
problema citado, utilizando tecnologias já disponíveis.
1.5 OBJETIVOS
O objetivo geral do trabalho é desenvolver um protótipo de sistema para
monitorar e detectar problemas em veículos durante uma competição, transmitindo-os
via rádio freqüência (telemetria).
Os objetivos secundários do trabalho são:
a) utilizar um módulo com microcontrolador para detecção dos problemas no
interior do veículo;
b) utilizar a tecnologia de transmissão de dados por rádio freqüência ponto a
ponto entre o veículo e a estação de monitoramento (unidirecional);
c) utilizar um módulo para a recepção, identificação e tratamento dos dados
vindos do transmissor;
d) disponibilizar um protótipo de software que receba as informações via porta
serial e faça o monitoramento de algumas variáveis do veículo em questão.
1.6 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O capítulo 2 trata sobre o sistema de monitoramento e trabalhos correlatos.
No capítulo 3 é fornecida uma abordagem rápida sobre alguns conceitos básicos
na comunicação de dados.
O capítulo 4 versa sobre transmissões de dados sem fio, enfocando alguns
detalhes dos diversos sistemas existentes, inclusive os equipamentos.
4
Encontram-se, no capítulo 5, conceitos, características e equipamentos utilizados
na transmissão por rádio freqüência.
Informações referentes à placa microcontrolada, módulos de transmissão e
recepção de RF e do protótipo de software são abordados no capítulo 6.
No capítulo 7 relata-se a conclusão do trabalho, contendo as dificuldades
encontradas e algumas propostas para o aperfeiçoamento do sistema de monitoramento
de carros de competições, utilizando rádio freqüência.
5
2 SISTEMA DE MONITORAMENTO
O crescimento da competitividade mundial forçou as empresas a produzirem com
uma qualidade cada vez maior e com um custo e um tempo de fabricação cada vez mais
baixo, isso resultou em um aumento da demanda por sistemas de monitoramento,
controle e automação.
A monitoração tem sido aplicada geralmente em partes específicas de
equipamentos como uma forma de captura dos dados. A monitoração pode ser usada para
muitas finalidades. A mais óbvia é para determinar a condição do equipamento.
A coleta dos dados (monitoração) a partir dos IEDs podem trazer diagnósticos
precisos sobre os equipamentos. A monitoração é a base para o diagnóstico. Sem o
diagnóstico, os dados medidos seriam apenas dados.
A monitoração pode ser feita através de duas maneiras: off-line que inclui uma
forma manual de inspeções periódicas, requerendo muitas vezes, que o equipamento
esteja desligado para coletar as informações. On-line ou contínua permite adquirir as
informações enquanto o equipamento estiver operando. Pode incluir alterações de status
e condições de alarme, sendo a mais prática e ágil. Um sistema de monitoração deve ser
desenvolvido para que o equipamento possa operar por um longo período de tempo e
com alta segurança, prolongando sua vida útil (Griebeler, 1996).
O objetivo principal de um sistema de monitoramento é de produzir resultados
adequados com o mínimo de supervisão humana (Griebeler, 1996).
Os benefícios obtidos através da implantação de um sistema de monitoramento
incluem: aumento da produtividade, eficiência nos processos, redução de erros
operacionais, melhoria nas condições de segurança, qualidade do serviço e redução de
custos com mão de obra.
Um mecanismo de controle é formado por dispositivos elétricos, mecânicos,
pneumáticos ou hidráulicos, presentes na malha de controle. Estes dispositivos podem
ser
sensores,
medidores,
registradores,
controladores, atuadores entre outros.
comparadores,
filtros,
amplificadores,
6
Entre os trabalhos correlatos pode-se citar: Protótipo de um sistema de aquisição
de dados utilizando rádio freqüência, apresentado por Jamundá (1998); Protótipo de um
sistema para controle de veículos, utilizando comunicação de dados via rádio freqüência,
apresentado por Behrens (2000) e Software para monitoramento e supervisão de
processos, apresentado por Griebeler (1996).
O sistema de monitoramento de veículos apresentado neste trabalho constitui-se
de um sistema integrado de hardware e software, no qual o processo de aquisição dos
dados do sistema é feito por uma placa microcontrolada, a transmissão dos dados é feita
por rádio freqüência e o processo de monitoramento é controlado pelo software.
7
3 COMUNICAÇÃO DE DADOS
A comunicação de dados tem como característica principal a troca de
informações entre dois ou mais elementos e teve sua origem na comunicação de dados
natural (voz). Conforme Tafner (1996) os aspectos que devem ser seriamente observados
em uma comunicação são:
a) fonte de transmissão (transmissor);
b) informação a ser transmitida;
c) canal ou meio de comunicação; e
d) destino da informação transmitida (receptor).
Segundo Neto (1998), a mensagem em sistemas de comunicação está baseada em
sistema binário, onde um bit é a menor unidade de representação. O bit é normalmente
usado para descrever as condições de existência de dois estados: ligado (representado
pela combinação binária “1”) ou desligado (representado pela combinação binária “0”),
onde com um conjunto de bits é possível representar uma letra, um número ou um
símbolo especial. Para tal representação, é utilizado um código padronizado denominado
ASCII. De acordo com Tafner (1996), o código ASCII utiliza sete bits na sua
representação o que resulta em 128 (27) combinações possíveis, sendo este um dos
códigos de representação mais utilizado em comunicação de dados.
Outra opção de código é o chamado EBCDIC, que utiliza oito bits na sua
representação, o que resulta em 256 combinações possíveis (28).
3.1 TRANSMISSÃO DE SINAIS
A transmissão de sinais através de sistemas de comunicação pressupõe a
passagem de sinais através dos meios físicos de comunicação que compõem a rede.
Existem dois tipos de sinais: analógicos e digitais.
Os computadores, por exemplo, são equipamentos que armazenam, processam e
codificam informações em bits que correspondem a dois níveis discretos de tensão ou
corrente, representando os valores “0” ou “1”. Chama-se esse tipo de informação de
digital, conforme mostra a fig. 1.
8
FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL DIGITAL
FONTE: (Pelisson 2000)
As informações geradas por fontes sonoras apresentam variações contínuas de
amplitude e freqüência, constituindo-se no tipo de informação que comumente
chamamos de analógica, conforme mostra a fig. 2.
FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO
FONTE: (Pelisson 2000)
3.2 TRANSMISSÃO DE DADOS
Segundo Tafner (1996), a transmissão de dados entre a fonte e o destino pode ser
realizado de duas formas: a transmissão serial e transmissão paralela.
Na transmissão serial os bits que representam uma informação são transmitidos
seqüencialmente, um a um, por um único meio físico. Esta forma de transmissão é a mais
utilizada na comunicação de dados entre computadores (Tafner 1996).
De acordo com Soares (1995), a transmissão serial, fig. 3, transferirá os dados em
velocidades menores do que a transmissão paralela, mas a fará muita menos suscetível a
qualquer condição ambiental predominante.
9
FIGURA 3 - TRANSMISSÃO SERIAL
FONTE: (Jamundá 1998)
Na transmissão paralela os bits que representam uma informação são transmitidos
simultaneamente, através de diversos suportes físicos em paralelo, ilustrados na fig. 4.
Esta forma de transferência é utilizada em curtas distâncias entre os computadores ou
ainda, para operações internas em um computador e na comunicação do computador com
periféricos (Tafner 1996).
FIGURA 4 - TRANSMISSÃO PARALELA
FONTE: (Jamundá 1998)
10
3.3 SENTIDO DA TRANSMISSÃO
Segundo Tafner (1996), o sentido da transmissão é a forma como o sistema
deverá se orientar, tanto para o envio como para a recepção dos dados via comunicação
serial. Existem diversas “propostas” de tecnologia, porém as mais implementadas são:
simplex, half-duplex e full-duplex.
Na proposta simplex os dados trafegam apenas em um sentido (Tarouco 1985),
não é possível retornar sinais de controle, indicando se a informação foi ou não recebida
com sucesso.
Na proposta half-duplex os dados podem ser enviados e recebidos, mas não ao
mesmo tempo. Caso ocorra erro de transmissão do dado, é possível solicitar a
retransmissão do mesmo.
A proposta full-duplex apresenta as mesmas características da half-duplex porém
os dados podem ser transmitidos simultaneamente.
Antes de iniciar a programação do canal serial deve-se definir que tipo de
comunicação será efetuado pelo programa, isto é necessário porque o modo simplex e
half-duplex não exigem necessariamente que a recepção seja atendida por interrupção. Já
para o modo full-duplex, não só é necessário como é fundamental. E, para estes casos, a
recepção por interrupção envolve recursos de programação mais elaborados (Tafner
1996).
3.4 VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO
Segundo Tafner (1996), a velocidade de transmissão diz respeito à quantidade de
informações transferida do transmissor para o receptor, num determinado intervalo de
tempo, isto é, o tempo em que os bits gerados em um computador levam para percorrer o
meio e serem recebidos em outro.
A velocidade de transmissão da informação é expressa em bps e em Mbps quando
operada em linhas de alta velocidade.
11
3.5 MODOS DE TRANSMISSÃO
Na transmissão de dados deve existir um mecanismo que defina e padronize o
sincronismo entre o transmissor e receptor, ou seja, que estabeleça o “ritmo” da
transmissão entre eles. Isto se faz necessário para que o sinal seja identificado
corretamente. Existem dois modos de transmissão: assíncrona e síncrona.
Nesta técnica de transmissão assíncrona não existe vínculo de tempo estabelecido
entre o transmissor e o receptor. O sincronismo é estabelecido na forma de bits de
controle, denominados, bits de início e de fim de transmissão, onde a cada byte
transmitido, o mesmo é iniciado pelo bit de início de transmissão e finalizado pelo bit de
fim de transmissão, são chamados de start bit e stop bit, conforme fig. 5.
FIGURA 5 - TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA
FONTE: (Microchip, 1998)
O ritmo de transmissão assíncrono, apesar da emissão de caracteres ser irregular,
possui um sincronismo dos bits que compõem o caractere (obtido pela identificação do
bit de início), pois o equipamento receptor deve necessariamente conhecer os instantes
que separam os bits dentro do caractere.
Na transmissão síncrona é estabelecido um ritmo entre transmissor e receptor
através de tempo. Este tempo, controlado pelo clock, determina um vínculo entre estes
dois elementos envolvidos no processo, que não pode ser violado.
Antes da transmissão do conjunto de caracteres, o equipamento transmissor envia
uma configuração de bits de sincronização com o objetivo de colocar o equipamento
receptor exatamente em sincronismo com o mesmo. Esta configuração de bits de
sincronização necessariamente deverá ser diferente de qualquer configuração de bits que
possa ser enviada no bloco da mensagem.
12
Um fator que encarece o custo dos equipamentos síncronos é a necessidade dos
mesmos possuírem buffers para os caracteres, que serão enviados em blocos e não
quando eles se tornam disponíveis, pois o fluxo de caracteres deve ser transmitido a uma
velocidade constante e tipicamente por pulsos de mesma duração (Soares 1995).
3.6 MEIOS DE TRANSMISSÃO
O meio de transmissão é, basicamente, um suporte físico por onde as informações
trafegam, durante o processo de comunicação. Os meios físicos mais implementados
como suporte para a transmissão são:
a) par trançado;
b) cabo coaxial; e
c) fibra óptica.
3.6.1 PAR TRANÇADO
O cabo par trançado blindado, fig. 6, normalmente combina quatro tipos de pares
de fios dentro da mesma capa externa. Cada par é trançado com um número diferente de
voltas por polegada. O trançamento cancela o ruído elétrico dos pares adjacentes, e tende
a evitar o de outros dispositivos existentes no ambiente, como motores, relés e
transformadores (Neto 1998). Suporta taxas de comunicação elevadas, atingindo 10
Mbps. Sua principal vantagem, em relação a outros meios, é o seu baixo custo,
entretanto, sofre influências eletromagnéticas e sua atenuação é diretamente proporcional
à distância (Tafner 1996).
FIGURA 6 - PAR TRANÇADO
FONTE: (Neto 1998)
13
3.6.2 CABO COAXIAL
É formado por um condutor cilíndrico, possuindo uma malha externa condutora
que também serve para protegê-lo de induções eletromagnéticas externas. É considerado
um meio de transmissão bastante seguro, caracterizado pelo alto grau de imunidade a
ruídos externos. Esta característica fez o cabo coaxial, mostrado na fig. 7, ser um meio de
transmissão muito utilizado, na comunicação de dados e nas redes locais de
computadores (Tafner 1996).
FIGURA 7 - CABO COAXIAL
FONTE: (Neto 1998)
3.6.3 FIBRA ÓPTICA
Os cabos de fibra óptica, fig. 8, são condutores de luz infravermelha na
freqüência de 1012 até 1015 Hz, portanto, estes não são afetados por correntes elétricas
externas. Cada cabo é composto por dois fios de vidro em capas separadas, pois cada fio
passa sinais apenas em uma direção. Cada capa tem um grupo de fibras de Kevlar, para
dar resistência e uma camada de plástico, que serve como reforço, ao redor do fio de
vidro (Neto 1998).
FIGURA 8 - FIBRA ÓPTICA
FONTE: (Neto 1998)
14
3.7 MODULAÇÃO
Segundo Pelisson (2000), a modulação constitui-se na técnica empregada para
modificar um sinal com a finalidade de possibilitar o transporte de informações através
do canal de comunicação e recuperar o sinal, na sua forma original, na outra
extremidade.
A necessidade de modulação se caracteriza quando a distância entre dois
equipamentos envolvidos na comunicação for, geograficamente, grande. Existem dois
tipos de modulação: a modulação analógica e a modulação digital. Estudos mais
avançados sobre modulação encontram-se em Behrens (2000).
3.7.1 MODULAÇÃO ANALÓGICA
O sinal transmitido deve chegar limpo ao receptor para que possa ser entendido
corretamente (Tafner 1996). Esta conversão pode ser feita de várias formas, realizada
através das características básicas da onda. Portanto, as técnicas de modulação de sinais
analógicos são divididas em amplitude e freqüência.
3.7.2 MODULAÇÃO DIGITAL
A modulação digital usa o recurso de codificação de pulsos, também chamada de
modulação discreta ou codificada. Utilizada em casos em que se está interessado em
transmitir uma forma de onda ou mensagem, ou um conjunto finito de valores discretos
representando um código.
3.8 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
O termo protocolo refere-se a um conjunto de regras que definem uma tarefa ou
processo na computação. Portanto, um protocolo de comunicação é um conjunto de
regras que regem o processo de comunicação de dados. As principais características dos
protocolos se referem ao estabelecimento da conexão e enlace entre os equipamentos, a
transferência de dados e a consistência. O formato deste protocolo obedece ao seguinte
empacotamento conforme mostra a fig. 9.
15
FIGURA 9 - PROTOCOLO
Cabeçalho Mensagem Consistência
a) cabeçalho: são as informações de controle do pacote;
b) mensagem: campo contendo as mensagens que serão transmitidas;
c) consistência: são caracteres para verificação de erros.
Existem diversas propostas de protocolos, quanto ao controle durante o processo
de comunicação os protocolos podem ser classificados em: protocolos orientados a byte
(caracter) e protocolos orientados a bit.
De acordo com Tafner (1996), protocolos proprietários orientados a byte são
assim denominados por possuírem todos os seus controles (regras) através de caracteres
de controle no tráfego das mensagens. Como exemplo desta família de protocolos temos
o protocolo BSC que teve origem na IBM, possuindo versões ponto-a-ponto e
multiponto. Suas características são:
a) síncrono;
b) utiliza método CRC;
c) permite blocagem de dados;
d) buffer de dados variável;
e) permite transmitir de modo transparente;
f) orientado a conexão;
g) formato de mensagem padronizada.
A fig. 10 mostra um exemplo de protocolo.
FIGURA 10 - PROTOCOLO BSC (PONTO-A-PONTO/BSC-1)
SYN
STX
DADOS
ETX
CRC
Sentido da transmissão:
A tabela 1 mostra os caracteres utilizados nos protocolos orientados a byte.
TABELA 1 - CARACTERES DE CONTROLE
16
Caracter de controle
ENQ
Estabelece conexão.
ACK
Confirma recepção.
NACK
Descrição
Recepção com erros / solicita retransmissão.
EOT
Fim da transmissão.
ITB
Caracter que informa ao receptor que os dados transmitidos estão blocados.
ETB
Caracter que informa ao receptor que terminou a blocagem dos dados.
DLE
Caracter que identifica a transmissão em modo transparente.
WACK
Significa que está solicitando um tempo (w = wait).
SYN
Caracter de sincronismo.
STX
Início de texto.
ETX
Fim de texto.
CRC
Método de detecção de erro.
3.8.1 DETECÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS
Conceitualmente qualquer alteração da informação transmitida no meio de
transmissão, denomina-se de erro na transmissão de dados. A origem do erro pode
acontecer pelas diversas razões, porém a maior verdade sobre o tema é que os erros
sempre ocorrerão.
3.8.1.1 MÉTODO DA PARIDADE COMBINADA
A paridade vertical, denominada VRC, consiste em acrescentar um bit de
paridade para cada caractere transmitido. Neste método o autor define que o buffer de
transmissão (binário) será transformado numa matriz de "n" linhas e "n" colunas. Para
cada coluna desta matriz, aplica-se a técnica de paridade, que resultará numa cadeia de
bits, denominado de “bits de controle VRC”, que acompanhará os dados na transmissão.
A paridade longitudinal (ou paridade horizontal), denominada LRC, consiste em
acrescentar um bit de paridade para cada nível (posição) de bit dentro do byte de um
bloco, isto é, utiliza-se esta técnica de verificação de todos os bits do bloco de
mensagem, ou seja, tanto a estação transmissora como a receptora gera contadores de bits
ligados (1) para cada bloco de mensagem (Tarouco 1985).
Se após várias retransmissões (tipicamente 4) o erro ainda persistir, o terminal
solicita intervenção do operador. A utilização desses dois métodos (VRC+LRC) em
conjunto, dá-se o nome de paridade combinada. Alguns terminais têm a capacidade de
17
não somente detectar o erro, mas também de corrigi-lo, quando o bit errado for
devidamente identificado.
3.8.1.2 MÉTODO HRC
Neste método o buffer de transmissão será transformado numa matriz de "n"
linhas e de "m" colunas. Para cada linha desta matriz, aplica-se a técnica de paridade que
resultará numa cadeia de bits denominada de "bits de controle HRC", que acompanhará
os dados da transmissão.
3.8.1.3 MÉTODO CRC
Segundo (Tarouco 1985), o CRC, ou método de detecção polinomial é um
processo de checagem de erros permitindo que se detecte praticamente a ocorrência de
qualquer grupo de erros.
Neste método define-se que o buffer de transmissão seria transformado numa
expressão polinomial como ponto de partida, portanto, um buffer de “k” bits resultará
numa expressão polinomial de (k–1). O bit de mais alta ordem será (X
k-1
), o segundo
será (X k-2) e assim por diante até x 0, sendo:
a) P(X) = polinômio da informação a ser transmitido;
b) G(X) = polinômio gerador;
c) M(X) = grau de polinômio gerador = n.º de bits do CRC.
Além das propostas de técnicas de detecção de erros, existem algumas propostas
que oferecem a opção do receptor detectar e corrigir os eventuais erros detectados,
portanto, sem a solicitação da retransmissão.
A técnica mais conhecida e implementada, que propõe o referido conceito é
denominada de método Hamming. Este método define que o transmissor reformate o
buffer de transmissão, preservando as posições 1, 2, 4, 8, 16..., para que sejam
preenchidas com bits de controle a serem calculados pelo algoritmo definido.
18
3.9 COMUNICAÇÃO COM RS-232
A interface serial mais comumente utilizada nos microcomputadores é a RS-232C. Originalmente criada para facilitar a interconexão dos terminais e os equipamentos de
comunicação de dados.
Na interface RS-232-C os pinos mais comumente utilizados são três, sendo um
com a função de enviar e outro com a função de receber dados. Uns poucos pinos no
conector são absolutamente previsíveis conforme mostra a tabela 2.
TABELA 2 - PINOS PARA COMUNICAÇÃO
Pino
Função
Pino 2
pino para a transmissão
Pino 3
pino para a recepção
Pino 5
circuito comum
No que diz respeito às características elétricas, o padrão RS-232C define
atualmente 4 níveis lógicos. As entradas têm definições diferentes dos dados. Para as
saídas, o sinal é considerado na condição de estado “1”, quando a tensão no circuito de
transferência, medida no ponto de interface é menor que –5V e maior que –15V, com
relação ao circuito de referência (terra). O sinal é considerado na condição de estado “0”,
quando a tensão for maior que +5V e menor que +15V, também com relação ao circuito
de referência (terra) (Tafner 1996).
Para as entradas, o sinal é considerado em condição de marca, ou estado “1”,
quando a tensão no circuito de transferência, medida no ponto de interface, é menor que
–3V e maior que –15V, com relação ao circuito terra. O sinal é considerado na condição
de espaço ou estado “0”, quando a tensão for maior que +3V e menor que +15V, também
com relação ao circuito terra. A região compreendida entre –3V e +3v é definida como
região de transição (Tafner 1996).
Durante a transmissão dos dados, a condição de marca é usada para descriminar o
estado binário “1”, e a condição de espaço é usada para discriminar o estado binário “0”
(Tafner 1996).
19
Esta interface define um protocolo. O padrão RS-232 define uma interface com
25 sinais (pinos), caracterizando o processo de transmissão serial, conforme mostra a fig.
11. Nove sinais são os mais utilizados, atualmente, nas implementações.
FIGURA 11 - CONECTOR DB25
FONTE: (Pelisson 2000)
Muitas aplicações utilizam a conexão direta via cabo para trocar informações
entre dois computadores. As utilidades vão desde o simples compartilhamento de
arquivos sem a utilização de placas de rede até o jogo entre dois adversários em
computadores diferentes.
Cada computador dispõe de pelo menos uma porta serial, o conector pode ser um
DB9 ou um DB25, conforme as figuras 11 e 12.
FIGURA 12 - CONECTOR DB9 - MACHO
FONTE: (Neto 1998)
20
3.9.1 USART
USART é um circuito integrado que controla a porta serial do microcomputador.
A principal característica não é apenas de converter os dados de paralelo para serial, mas
também acrescentar alguns bits de controle como bits de início, bits de terminação e bits
de paridade para o controle de erro.
Ela se encarrega de fazer com que o computador receba corretamente os bits de
informação que são transmitidos pela entrada da porta serial, e também de fazer com que
os dados de informação que saem do micro estejam corretos. Por exemplo, uma função
da USART é assegurar que os bits, na transmissão serial, estejam sempre com o mesmo
espaçamento no tempo, de forma a manter o sincronismo durante a comunicação.
As combinações dos bits de controle, fig. 13, definem na USART diversos modos
de operação que podem ser devidamente programados. Uma outra informação que deve
ser passada é o tamanho da palavra, podendo ser de 7 ou 8 bits.
FIGURA 13 - BITS DE CONTROLE DA USART
FONTE: (Soares 1995)
21
4 TRANSMISSÃO DE DADOS SEM FIO - WIRELESS
Transmissão de dados sem fio é uma modalidade de comunicação onde a
informação (dados e voz) é transmitida através da atmosfera por ondas eletromagnéticas
ou acústicas substituindo os meios físicos. Na maioria dos sistemas de redes sem fio em
uso são utilizadas ondas de rádio freqüência ou infravermelho (Valgas 1999).
Dividimos os dispositivos de redes sem fios nas seguintes categorias:
a) os que funcionam dentro de uma sala ou edifício;
b) os que funcionam dentro de uma cidade;
c) e os que funcionam ao redor do mundo.
Cada tipo de produto utiliza tecnologias diferentes e tem custos e velocidades de
operações diferentes, mas todos eles oferecem a capacidade de computação móvel ou
portátil para pessoas em trânsito.
Os sistemas sem fios locais se estendem de uma rede com fios para os
computadores portáteis (laptops, notebooks ou palmtops) dentro de uma sala ou edifício.
As redes sem fio ao redor do mundo podem utilizar satélites em órbita próxima da terra,
que podem capturar os sinais de baixa potência de redes móveis ou portáteis.
Sendo uma tecnologia ainda pouco utilizada, estas redes permitem a conexão de
estações de trabalho ou sistemas pessoais às redes locais através da comunicação sem fio.
Esta nova tecnologia traz muitos benefícios, dentre eles:
a) economia em relação à cabeamento (inexistente);
b) sua instalação é rápida , bem como sua manutenção;
c) é mais compreensível.
Geralmente as redes sem fio são utilizadas em ambiente de difícil instalação da
fiação (cabeamento), ou quando uma rede sofre freqüentes mudanças no ambiente, ou
quando é preciso somente montar uma rede provisória.
4.1 TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO
As redes sem fio com transmissão por infravermelho operam utilizando uma luz
infravermelha que transmitem os dados entre os dispositivos. A transmissão de dados por
22
infravermelho converte pulsos elétricos de dados em sinais de luz, e retornando a pulsos
elétricos no receptor (Valgas 1999).
A vantagem de se utilizar este tipo de transmissão é a economia de se usar uma
rede telefônica com linha dedicada para interconectar os dois locais e pela velocidade
que esta transmissão atinge, que comparada com outros tipos de transmissões sem fio, é
muito maior. Por outro lado, a segurança na transmissão é baixa, pois basta algo
interromper ou desviar o laser infravermelho dirigido para os dados transmitidos serem
perdidos ou a comunicação ser interrompida. Um exemplo de transmissão sem fio por
infravermelho é mostrado na fig. 14.
FIGURA 14 - TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO
FONTE: (Behrens 2000)
4.2 TRANSMISSÃO A LASER
Similar à tecnologia infravermelho é necessário uma linha direta para o sinal, e se
esta linha é bloqueada, a transmissão é interrompida (Valgas 1999).
São geralmente utilizados para conexões ponto-a-ponto de longa distância, sendo
esta característica a que difere da transmissão por infravermelho. Tanto este tipo de
transmissão como por infravermelho, estão sujeitos a interferências climáticas que
podem interromper a transmissão.
4.3 TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS
A transmissão de rádio em freqüência de microondas, na faixa de 900 MHz até 30
GHz (geralmente 10, 13, 15 e 18 GHz), é uma alternativa para a comunicação de dados a
longa distância, com velocidades de 2 Mbps ou múltiplos. A transmissão de televisão e a
23
transmissão telefônica são exemplos de sistemas que utilizam esta técnica de
comunicação. Os dados são transmitidos através de antenas parabólicas montadas em
torres, ilustrada na fig. 15, sendo que, quanto mais alta for a antena, maior será o alcance
do sinal (Sousa 1996).
FIGURA 15 - TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS
FONTE: (Jamundá 1998)
O guia de onda é na realidade uma linha de transmissão, mas não um cabo coaxial
como na maioria dos sistemas de comunicação. Neste caso, é um tubo quadrangular ou
triangular feito de alumínio, que possibilita uma boa reflexão na superfície e evita ruídos
eletromagnéticos e interferências, ocasionados em geral, devido à distância típica, de 25
a 40 metros, entre uma antena e o equipamento de rádio. Em equipamentos leves com
torres pequenas e lugares com baixo ruído, o guia de onda pode ser um cabo coaxial de
alta qualidade.
A principal vantagem das microondas em relação ao cabo ou fibra, é que a
construção de duas torres é mais barato que a colocação do cabo ao longo de grandes
distâncias. Além disso, a manutenção de um sistema utilizando cabo é dificultosa, por
outro lado, as microondas estão sujeitas a interferências por fenômenos atmosféricos.
24
4.4 SISTEMA ALOHA POR RÁDIO DIFUSÃO
O sistema ALOHA da Universidade do Havaí foi o primeiro sistema de
computadores a empregar a técnica de radiodifusão ao invés de cabos ponto a ponto. Na
década de 70, quando o projeto foi implantado, as linhas telefônicas disponíveis na
ocasião eram caras e pouco confiáveis. Havia a necessidade de interligação de sub-redes
da universidade, que estavam espalhadas em quatro ilhas, ao Centro de Computação
principal em Oahu (Tanenbaum 1994).
A comunicação foi realizada através da instalação, em cada estação, de um
pequeno transmissor / receptor de rádio FM, com um alcance suficiente (30 km) para
comunicar-se com o transmissor / receptor do Centro de Computação. Mais tarde foi
introduzido um repetidor mais potente, aumentando o alcance, teórico, para 500 km
(Tanenbaum 1994).
O projeto foi realizado de forma não haver comunicação direta entre estações,
apenas de uma estação para o Centro de Computação e deste para uma estação. Foram
utilizadas duas faixas de freqüência: uma em 407.305 MHz para o tráfego no sentido
Centro-Estação, e outra em 413.475 MHz para o tráfego no sentido contrário. Possuía
uma taxa de transmissão de 9600 bps (Jamundá 1998) (Tanenbaum 1994).
A fig. 16 apresenta os elementos básicos do sistema ALOHA. Na instalação
central havia um computador (chamado Menehune) onde todos os dados que entravam
ou saiam, passavam por ele. O computador (Menehune) estava conectado ainda a outros
dois computadores (BCC 500 e IBM 370/158) e a outras duas redes (ARPANET E
PACNET). Cada estação possuía uma unidade de controle que armazenava dados e fazia
as retransmissões (Tanenbaum 1994).
25
FIGURA 16 - SISTEMA ALOHA DO HAVAÍ
FONTE: (Jamundá 1998)
O pacote utilizado pelo sistema ALOHA pode ser dividido em quatro partes,
conforme demonstra na tabela 3. Primeiro vem o cabeçalho de 32 bits contendo, entre
outras informações, a identificação do usuário e o comprimento do pacote. Em seguida,
uma soma de verificação de 16 bits para proporcionar maior confiabilidade. Após o
bloco dos dados, com até 80 bytes, seguidos por outra soma de verificação. Desse modo,
o tamanho máximo do pacote é de 704 bits. Assim, o tempo de transmissão para o maior
pacote, a uma taxa de 9600 bps é de 73 ms (Tanenbaum 1994).
TABELA 3 - PACOTE UTILIZADO NO SISTEMA ALOHA
Cabeçalho
Soma de verificação do
Bloco de dados
cabeçalho
32 bits
16 bits
Soma de verificação dos
dados
com no máximo 80 bytes
16 bits
Quando uma estação tinha dados a enviar, ela simplesmente fazia a transmissão.
Ao receber os dados corretamente, a central enviava uma mensagem de confirmação para
a estação.
Se a estação não recebesse a confirmação dentro de um intervalo de tempo
predefinido (entre 200 e 1500 ms), assumia que o pacote enviado tinha sofrido uma
colisão e retransmitia os dados (Tanenbaum 1994).
26
5 RÁDIO FREQÜÊNCIA
Ondas de rádio, conhecidas também por ondas hertezianas, são ondas
eletromagnéticas geradas por dispositivos eletro-eletrônicos, que se propagam a uma
velocidade aproximada de 300.000 Km/s no vácuo, independente do valor de sua
freqüência. A freqüência, por sua vez, é o inverso do comprimento da onda, que equivale
à distância que separa duas cristas consecutivas do campo elétrico, conforme demonstra a
fig. 17 (Dorman 2001).
FIGURA 17 - ONDAS DE RÁDIO
FONTE: (Dorman 2001)
Para transformar os sinais elétricos provenientes de transdutores em sinais
adequados para a transmissão por meio de ondas eletromagnéticas, utilizam-se circuitos
moduladores, que são essenciais nos transmissores de rádio. Os moduladores são
circuitos utilizados com a finalidade de incorporar as informações a um sinal de alta
freqüência, controlando uma de suas características: a amplitude, a freqüência ou a fase
(Dorman 2001).
O sinal corresponde à informação e os sinais de alta freqüência são chamados,
respectivamente, de sinal modulante e portadora, sendo este último proveniente de um
circuito oscilador. O sinal modulante é o próprio sinal que se deseja transmitir, mas, que
devido às suas características de baixa freqüência, deve ser superposto a uma onda
portadora de freqüência mais alta, de tal forma que possa se propagar através dos meios
físicos de transmissão (Dorman 2001) e (Soares 1995). Tanto a portadora quanto o sinal
modulado são denominados sinais de rádio freqüência (RF), devido ao uso intensivo da
modulação nos sistemas de comunicação via rádio.
27
Para recuperar-se a informação incorporada ao sinal modulado, os receptores
de rádio utilizam circuitos demoduladores, que operam segundo os princípios utilizados
nos moduladores (pelo menos quando se tratar de sinais modulados em amplitude). Para
demodulação, é necessário aplicar-se o sinal modulado, mais a portadora, num
demodulador, para que na saída obtenha-se o sinal modulante.
A faixa de freqüência reservada a um sistema de comunicação é chamada de
canal de radio freqüência, ou simplesmente de canal. Para que a recepção ocorra sem
interferências, é essencial que não existam dois sinais ocupando o mesmo canal, numa
mesma região. Para regulamentar a operação dos sistemas de comunicação via rádio,
com o mínimo de interferência mútua, existem em todos países, órgãos incumbidos da
tarefa de controlar a ocupação do espectro de radio freqüência. Esses órgãos são, quase
todos, membros do Comitê Consultivo Internacional de Radio Comunicações (CCIR),
com sede na Suíça. No Brasil, atualmente, o órgão responsável por este serviço é o
Ministério das Comunicações (Dorman 2001).
5.1 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
A comunicação através de rádio está relacionada com a existência de uma onda
eletromagnética (OEM) interligando uma estação transmissora a uma ou mais estações
receptoras. A estação transmissora é normalmente composta por um transmissor (Tx) que
gera energia de radio freqüência (RF), uma linha de transmissão (LT) que serve para
conduzir a energia de RF produzida pelo transmissor e uma antena que transforma essa
energia numa onda eletromagnética. A estação receptora é composta por uma antena,
uma linha de transmissão e um receptor. A finalidade da antena receptora é extrair uma
parte da energia da OEM e transformá-la em energia de RF que é conduzida, através da
linha de transmissão, até o receptor, onde é devidamente processada (Nascimento 1996).
A OEM procedente de uma antena se expande em todas as direções. Esta
propagação avança sobre a superfície da terra (onda terrestre) e pela atmosfera (onda
espacial). A onda terrestre diminui de “força”, gradativamente, à medida que se distancia
da antena emissora, devido aos obstáculos (montanhas, edifícios, absorção pela terra
etc.), sendo empregada nas comunicações de pequeno alcance, em altas freqüências e
com baixa potência.
28
Quando uma OEM se propaga na superfície terrestre, ou seja, em condições
adversas aquelas do espaço livre, percebe-se a ocorrência de reflexão, refração e difração,
de forma semelhante ao que ocorre nas ondas da luz, descontadas as diferenças em
virtude dos comprimentos de onda serem desiguais (Nascimento 1996).
A reflexão, fig. 18, depende da existência de uma superfície condutora. A relação
entre a intensidade da onda refletida e da onda incidente é chamada de "coeficiente de
reflexão" e varia de zero, para isolantes, até 1, para condutores perfeitos.
FIGURA 18 - FENÔMENO DA REFLEXÃO
FONTE: (Jamundá 1998)
A refração (também chamada de reflexão ionosférica), fig. 19, é causada pela
variação da densidade da camada ionosférica (mínima na região limite e máxima na
região central). Esse mecanismo é amplamente aproveitado na comunicação em ondas
curtas.
FIGURA 19 - REFLEXÃO IONOSFÉRICA
29
FONTE: (Jamundá 1998)
A ionosfera constitui uma parte da atmosfera terrestre, repleta de elétrons livres
devido à ionização. Isto faz modificar a propagação das ondas de rádio que passam por
esta camada (65 a 560 Km acima da terra) (Dorman 2001).
A difração, representada na fig. 20, é um fenômeno que pode ser explicado pelo
uso do princípio de Huygens. De acordo com esse princípio, quando as frentes de onda
atingem um obstáculo de dimensões comparáveis (ou menores) que seu comprimento,
elas o contornam. Por isso, a uma certa distância atrás do obstáculo é possível a captação
dos sinais de rádio (Nascimento 1996) (Dorman 2001).
FIGURA 20 - DIFRAÇÃO DA ONDA DE RÁDIO
FONTE: (Jamundá 1998)
5.2 DISTORÇÃO, RUÍDO E INTERFERÊNCIA
A distorção é, geralmente, uma deformação introduzida no sinal devido à falta de
linearidade da curva característica de um dispositivo eletrônico, como um transistor,
diodo ou transformador. Pode ser também causada pela variação do ganho dos circuitos
em função da freqüência de sinal.
O ruído é uma perturbação introduzida por uma fonte qualquer, podendo ser
interna ou externa ao circuito. A quantidade de distorção e ruídos gerados pelo
equipamento eletrônico podem ser controladas mediante um cuidadoso projeto de
circuitos. Como o grau de contaminação pelo ruído depende do nível do sinal, o uso de
potências elevadas na transmissão e a redução da distância entre as estações, sempre que
possíveis, ajudam a reduzir o problema (Nascimento 1996).
30
A interferência é uma perturbação causada, quase sempre, por uma outra emissão
de rádio, no mesmo canal do sinal desejado ou num adjacente. Outras fontes de
interferência são as escovas das máquinas elétricas e as lâmpadas de descarga gasosa.
Ambas geram grande quantidade de ruídos, principalmente em freqüências mais baixas
(Nascimento 1996).
5.3 CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO
A propagação das ondas eletromagnéticas nas proximidades do solo depende da
freqüência e do percurso. As tabelas 4 e 5 mostram as principais características nas
diversas faixas de freqüência (Jamundá 1998) (Nascimento 1996).
TABELA 4 - CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO
FREQÜÊNCIA
SIGLA
COMPRIMENTO DA
FAIXA DE
ONDA
FREQÜÊNCIA
VLF
Muito baixa
10 a 100 km
3 kHz a 30 kHz
LF
Baixa
1 a 10 km
30 kHz a 300 kHz
MF
Média
100 a 1000 m
300 kHz a 3 MHz
HF
Elevada
10 a 100 m
3 MHz a 30 MHz
VHF
Muito alta
1 a 10 m
30 MHz a 300 MHz
UHF
Ultra elevada
10 a 100 cm
300 MHz a 3 GHz
SHF
Super elevada
1 a 10 cm
3 GHz a 30 GHz
EHF
Extremamente elevada 0.1 a 1 cm
30 GHz a 300 GHz
TABELA 5 - PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE RÁDIO
FREQÜÊNCIA
MODO DE
PROPAGAÇÃO
ALCANCE
Menor do que 3 MHz
Ondas terrestres
Inversamente
(VLF, LF e MF)
(é usada exclusivamente proporcional à
VARIAÇÃO
DA ONDA
Pequena
a polarização vertical)
freqüência do sinal.
Entre 3 MHz e 30
Ondas ionosféricas (nas
Proporcional à
Depende da
MHz (HF)
freqüências mais
freqüência.
hora do dia e
elevadas)
Acima de 30 MHz
Ondas diretas.
estação do ano
Depende da altura das Muito
31
(VHF, UHF, SHF e
antenas
pequena
EHF).
5.4 EQUIPAMENTOS DE RÁDIO
Um equipamento de rádio é utilizado com a finalidade de transmitir ou receber
mensagens e outras espécies de informações por intermédio de ondas eletromagnéticas.
Os equipamentos de rádio mais comuns são os transmissores, os receptores e os
transceptores, sendo este uma combinação dos dois primeiros (Nascimento 1996).
O transmissor de rádio é um equipamento eletrônico especificamente projetado
para gerar sinais modulados, com freqüência e nível de potência compatível com a
distância a ser alcançada pela transmissão. Os transmissores devem executar três funções
básicas: geração da portadora, sua modulação e a amplificação do sinal modulado.
O receptor de rádio é um equipamento cuja finalidade é a recepção de sinais
modulados de rádio freqüência. Isso exige que os receptores de rádio possuam, pelo
menos, duas características: seletividade e sensibilidade. A seletividade é a capacidade de
discriminar sinais de diferentes freqüências, que é obtida pelo uso de filtros. Já a
sensibilidade, é a capacidade de operar com sinais de pequena intensidade, adquirida
através do uso de amplificadores. Além de selecionar e amplificar o sinal, os receptores
devem proceder a sua demodulação (Soares 1995) (Nascimento 1996).
32
6 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO
O projeto do software se destina a monitoração do estado das seguintes variáveis
digitais: nível de combustível, acionamento do freio, nível do óleo e carga da bateria e a
variável analógica identificará a temperatura do motor.
Estas variáveis foram escolhidas devido a facilidade de encontra-las na grande
maioria dos carros de competições.
Para aquisição destes dados, conforme fig. 21, são necessárias as seguintes
adaptações no carro: fazer uma ligação em paralelo para adquirir os dados junto ao painel
de instrumentos para as variáveis combustível, bateria e óleo. Uma ligação com a
“cebolinha” para medir a temperatura e uma ligação ao sensor de acionamento do freio.
FIGURA 21 - ESQUEMA DE LIGAÇÃO DAS VARIÁVEIS
Veículo
monitorado
Combustível Bateria -
PLACA PICLAB 4A
Freio Óleo -
Conectados através dos pinos
de expansão existentes.
Temperatura -
O protótipo do sistema apresentado tem por objetivo o estudo da implementação
de microcontroladores e da tecnologia de comunicação de dados via rádio freqüência,
resultando em um software para monitoramento de carros de competições.
6.1 ESPECIFICAÇÃO E FERRAMENTAS UTILIZADAS NA
IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO.
Para a especificação deste protótipo, utiliza-se a estrutura de dados através de
diagramas de bloco, diagramas hierárquicos e fluxogramas. O modelo comportamental é
33
um modelo que indica o que o sistema deve fazer para interagir satisfatoriamente com
ambiente externo.
O protótipo de software foi implementado utilizando a linguagem de programação
Object Pascal no ambiente Borland Delphi 5. O Delphi é um ambiente para a criação de
aplicações para ambiente Windows que utiliza a metodologia de programação baseada
em eventos (Cantú 2000).
Para a representação dos diagramas, fluxogramas e estrutura dos processos foi
utilizada a ferramenta SmartDraw conforme Smartdraw(2002).
A fig. 22 está representando os módulos presentes no sistema. O módulo-1 é
responsável pela aquisição dos dados utilizando um microcontrolador PIC16F877, o
módulo-2 converte o sinal para nível TTL através da utilização do MAX-232, a
transmissão de RF é feita pelo módulo-3, a recepção do sinal RF é feita pelo módulo-4, o
módulo-5 converte o sinal para nível RS-232 utilizando o MAX-232 e o módulo-6 faz o
monitoramento através de protótipo de software desenvolvido.
FIGURA 22 - DIAGRAMA EM BLOCOS DO PROTÓTIPO
MÓDULO-1
CONV.
TTL
TRANSMISSOR
DE RF
RECEPTOR
DE RF
CONV.
RS-232
2
3
4
5
MÓDULO-6
MONITORAÇÃO
Na fig. 23, observa-se o diagrama dos processos do módulo-6, que é responsável
pelo monitoramento. Este módulo é executado em um microcomputador tipo PC
utilizando a porta serial para o recebimento dos dados.
34
FIGURA 23 - DIAGRAMA DOS PROCESSOS DO SISTEMA
Sistema para monitoração de carros de
competições via rádio freqüência
CONFIGURAR
COMBUSTÍVEL
MONITORAR
TAXA DE RX
GRAVAR DADOS
PORTA SERIAL
O fluxograma da aquisição dos dados, fig. 24, demonstra cada etapa realizada no
veículo para aquisição dos dados, desde a leitura das variáveis até o envio das mesmas.
FIGURA 24 - FLUXOGRAMA DA AQUISIÇÃO DOS DADOS
Veículo
Início
Lê "comb"
Lê "batt"
Lê "freio"
Lê "óleo"
Lê AD“Temp”
Monta pacote
Envia RF
35
O fluxograma da monitoração, fig. 25, descreve a rotina de processamento dos
dados no software de monitoramento.
FIGURA 25 - FLUXOGRAMA DA MONITORAÇÃO
Software de
Monitoramento
Início
Botão
"Ativar"
N
Fim
S
Ler buffer de Rx na
porta serial
Chegaram
dados ?
N
S
Trata / Identifica
os dados
Dados
chegaram
corretos ?
N
S
Variável
comb=1 ?
N
Exibe
problemas
com "comb"
S
Variável
batt = 1 ?
N
Exibe
problemas
com "batt"
S
Variável
freio = 1 ?
N
Exibe
problemas
com "freio"
N
Exibe
problemas
com "óleo"
S
Variável
óleo = 1 ?
S
Ler dados da
conversão A/D
Atualiza telas e
grava dados
Exibe valor
A/D (temp)
36
6.2 O MÓDULO-1
O módulo-1, responsável por capturar as variáveis do meio, consiste de uma placa
microcontrolada baseada em um PIC16F877.
Esta placa é produzida por Silva Júnior (1997) com a denominação de PICLAB
4A, fig. 26, foi escolhida por permitir a gravação e execução de seus programas
diretamente na placa, sem a necessidade de utilizar outro gravador para o
microcontrolador. A seguir algumas características técnicas:
a) entrada AC/DC 13V ~ 17V;
b) clock a cristal de 4 MHz;
c) circuito de reset manual;
d) soquetes de 18, 28 e 40 pinos para famílias 16CXXX e 16FXXX;
e) 6 teclas NA na porta A;
f) 8 leds na porta B;
g) soquete para display LCD padrão HD44780 Hitachi, interface 4 bits;
h) soquete de expansão (cabo padrão IDE);
i) 1 potenciômetro para gerar sinal analógico de 0 à 5V em RA0;
j) 2 teclas com divisores de tensão em RA1;
k) 555 astável para gerar sinais de interrupção (RB0) ou contador (RA4);
l) compatível com MAX232 para comunicação serial por hardware
(USART) ou por software;
m) hardware de gravação pela porta paralela;
n) chaves comutadoras gravar/executar.
37
FIGURA 26 - PLACA PICLAB 4A
FONTE: (Silva Júnior, 1997)
6.3 MICROCONTROLADOR PIC16F877
O microcontrolador utilizado no desenvolvimento deste trabalho é o PIC16F877.
Segundo Microchip (1998) este microcontrolador apresenta 40 pinos, entradas e saídas
analógicas e digitais entre outras características apresentadas na tabela 6. O diagrama de
bloco representando a estrutura de hardware encontra-se em ANEXO 1.
TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MICROCONTROLADOR
PICmicro™ Mid-Range Reference –
Manual (DS33023)
PIC16F877
Freqüência de operação
DC – 20 MHz
Resets (and Delays)
POR, BOR, (PWRT, OST)
Memória FLASH (14-bit words)
8K
Memória de dados (bytes)
368
Memória de dados EEPROM
256
Interrupções
14
Portas de I/O
Portas A, B, C, D, E
Comunicação serial
MSSP, USART
Comunicação paralela
PSP
10-bit Analog-to-Digital Module
8 canais de entrada
Set de instruções
35 Instruções
38
Para a implementação do software no microcontrolador, fig. 27, foi usada a
linguagem de programação Basic utilizando o PicBasicPro, que disponibiliza rotinas para
a transmissão de dados serialmente, rotina para a transmissão via rádio freqüência e
também pela facilidade de manipulação (Microengineering, 1998). Este compilador gera
a saída de arquivos no formato hexadecimal para fazer a gravação do microcontrolador
(Microengineering 1998).
FIGURA 27 - MICROCONTROLADOR PIC16F877
FONTE: (Microchip, 1998)
6.4 MÓDULO DE TRANSMISSÃO TWS-315
A transmissão dos dados via rádio freqüência é feita pelo modelo TWS – 315 da
Wenshing (2001), fig. 28. Este módulo transmissor de rádio freqüência necessita de uma
antena externa para a propagação das ondas de rádio. As principais características do
módulo transmissor de dados por rádio freqüência estão detalhados nas tabelas 7 e 8.
FIGURA 28 - MODULO DE TRANSMISSÃO TWS-315
FONTE: (Wenshing 2001)
39
TABELA 7 - PINOS DO TRANSMISSOR TWS-315
Pinos (1, 2, 3...)
Função
Pino 1
VCC
Pino 2
VCC
Pino 3
GND (terra)
Pino 4
GND (terra)
Pino 5
Saída RF
Pino 6
Entrada de dados (TTL)
TABELA 8 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO TRANSMISSOR TWS-315
Características
MIN
MAX
Unidade
Tensão para funcionamento
1.5
12
V DC (volts)
Corrente para funcionamento
5
9
mA (miliamperes)
Freqüência de trabalho
300,0
433,92
Mhz (megahertz)
Velocidade de transmissão
1600
4800
Bps (bits por segundo)
Temperatura de operacionalização
-25
+80
0
+/- 50
m (metros)
Alcance da freqüência
C (graus Celcius)
6.5 MÓDULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3
A etapa de recepção de rádio freqüência é feita através um módulo RWS-371-3
também de fabricação da Wenshing (2001), este módulo realiza a recepção garantindo a
integridade dos dados mesmo na presença de ruídos. O receptor, fig. 29, recebe as
oscilações de onda transmitidas, transforma estas oscilações em sinais de dados,
descartando as oscilações diferentes. Realiza a recepção a uma freqüência de 315 MHz.
As características técnicas do receptor estão descritas na tabela 9 e 10.
FIGURA 29 - MODULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3
FONTE: (Wenshing 2001)
40
TABELA 9 - PINOS DO RECEPTOR RWS-371-3
Pinos
Função
Pino 1
GND (terra)
Pino 2
Saída digital (TTL)
Pino 3
Saída analógica
Pino 4
VCC
Pino 5
VCC
Pino 6
GND (terra)
Pino 7
GND (terra)
Pino 8
Antena
TABELA 10 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO RECEPTOR RWS-371-3
Características
MIN
MAX
Unidade
Tensão para funcionamento
4.9
5.1
V DC (volts)
Corrente para funcionamento
4.5
4.5
mA (miliamperes)
Freqüência de Trabalho
300
434
Mhz (megahertz)
Temperatura de operacionalização
-25
+80
0
C (graus Celcius)
6.6 MAX 232
Os módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência utilizados não podem
ser conectados diretamente a porta serial, devido às características da RS-232. Para
compatibilizar a comunicação foi utilizado um componente, fig. 30, que realiza a
conversão da comunicação padrão TTL para RS-232, ou seja, do sinal elétrico 0V e +5V
para +12V e –12V, e vice-versa, conforme descrito no item 3.9.
41
FIGURA 30 - MAX 232
FONTE: (Silva Júnior, 1997)
6.7 IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO
Na tabela 11 são mostradas as variáveis utilizadas com as respectivas portas de
leitura e a numeração dos pinos no microcontrolador PIC16F877.
TABELA 11 - CONFIGURAÇÃO DAS VARIÁVEIS
Variável
Temperatura
Estado
Porta
Analógica Porta A.0
Nro do pino no PIC
Pino 2
Combustível
Digital
Porta A.1
Pino 3
Bateria
Digital
Porta A.2
Pino 4
Freio
Digital
Porta A.3
Pino 5
Óleo
Digital
Porta A.5
Pino 7
Para a realização dos testes foram utilizadas as teclas conectadas na porta “A”
existente na placa PICLAB 4A. As variáveis digitais foram simuladas através do
acionamento das referidas teclas. A variável analógica, temperatura do motor, foi
simulada com um potenciômetro ligado através de um jumper na porta “A.0”, conforme
fig. 31.
42
FIGURA 31 - SERIGRAFIA DA PICLAB 4A
FONTE: (Silva Júnior, 1997)
Os pontos assinalados na fig. 31 representam:
a)
na letra “A” tem-se as teclas que fazem a simulação das 4 variáveis digitais;
b) na letra “B” encontra-se o potenciômetro responsável pela simulação da
variável analógica temperatura;
c)
na letra “C” é o conector de expansão para a entrada e saída dos dados;
d) na letra “D” é encontrado o componente que seleciona a serial por hardware
ou software;
e)
na letra “E” encontra-se o soquete para colocação do microcontrolador;
f)
na letra “F” são apresentados os leds para representação e testes dos sinais;
g) na letra “G” temos as chaves de comutação que alternam entre gravar e
executar o programa do microcontrolador.
Na fig. 32, é apresentado o esquema das ligações das teclas na PICLAB 4A, as
teclas estão descritas como: S0, S1, S2, S3, S4 e S5. Para o funcionamento das mesmas
faz-se necessário à ligação através do componente DIP1.
43
FIGURA 32 – ESQUEMA DAS TECLAS NA PICLAB 4A
FONTE: (Silva Júnior, 1997)
Com a ligação do jumper “JP2”, pode-se utilizar o potenciômetro representado
em “AD0” através do canal “RA0” ambos presente na PICLAB 4A, conforme fig. 33.
FIGURA 33 - ESQUEMA DO POTENCIÔMETRO NA PICLAB 4A
Fonte: (Silva Júnior, 1997)
A PICLAB 4A possui um componente DIP2 que disponibiliza a serial por
hardware nos pinos RC6 e RC7 ou por software nos pinos RB0 e RB1, vide fig. 34.
44
FIGURA 34 - ESQUEMA DA RS-232 DA PICLAB 4A
FONTE: (Silva Júnior, 1997)
A rotina denominada “monta pacote”, descrita no fluxograma de aquisição dos
dados, fig. 24, é responsável por gerar a seqüência dos bits que serão transmitidos
serialmente via rádio freqüência. Essa rotina pode ser vista na fig. 35 através na instrução
“SEROUT2”, que tem como parâmetros: a porta de saída, a taxa de transmissão, o
código JUNK, o código SYNCH, os 4 bits das variáveis digitais, um caracter separador, 2
bits do registrador ADRESH e 8 bits do registrador ADRESL. Estes últimos 10 bits (2 +
8) são os bits correspondentes a conversão analógica feita pelo microcontrolador
PIC16F877.
O código “JUNK” é enviado no início do bloco para garantir que a portadora
esteja estável durante a transmissão. O código “SYNCH” é um caracter de sincronismo,
neste caso, o caracter “A”, e “BAUD” é a taxa que será usada pelo microcontrolador para
fazer a transmissão.
45
FIGURA 35 - CÓDIGO FONTE DA IMPLEMENTAÇÃO NO PIC16F877
serial
oleo
freio
batt
comb
saida
var
var
var
var
var
var
PORTB.0
PORTA.5
PORTA.3
PORTA.2
PORTA.1
BYTE
' porta onde sera feita a Tx.
' porta que recebe status da var
' porta que recebe status da var
' porta que recebe status da var
' porta que recebe status da var
' calcula valor a ser Tx (variaveis)
JUNK CON 126
SYNCH CON "A"
BAUD CON 16780
‘ taxa de 2400 bps
RCSTA = %10010000
TXSTA = %00100100
TRISB =%00000000
TRISA =%00111111
ADCON1 = %10001110
INTCON = $00
' Set PORTB como saida
' Set PORTA como entrada
‘ Set reg. ADRES e porta AD.
loop: ADCON0 = %01000101 ‘ Set clock, canal AD
saida = 0
espera: If ADCON0.2 = 1 Then
goto espera
Endif
' Ve se ja acabou conversao AD
If comb = 1 then
saida = 8
Endif
If batt = 1 then
saida = saida + 4
Endif
If freio = 1 then
saida = saida + 2
Endif
If oleo = 1 then
saida = saida + 1
Endif
SEROUT2 serial,BAUD,[JUNK,SYNCH,bin4 saida,"-",
bin2 ADRESH,bin8 ADRESL]
Goto loop
Após a execução da instrução SEROUT2 o dados a serem transmitidos possuem o
formato conforme fig. 36.
46
FIGURA 36 - FORMATO DOS DADOS TRANSMITIDOS
~
A
1
1
1
1
-
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
Primeiro caracter transmitido é descartado enquanto a portadora não está estável,
sendo que os 4 bits após o caracter de sincronismo (A) correspondem seqüencialmente:
ao combustível, a bateria, ao freio e ao óleo. Os 10 bits após o caracter separador
condizem com o valor da temperatura.
A rotina “trata / identifica dados” que aparece no fluxograma de monitoração, fig.
25, é responsável por percorrer os dados recebidos verificando a consistência e então
repassando os valores das variáveis.
A rotina que inicializa o processo de monitoramento é vista no APÊNDICE, e
está descrita como “procedure TFrmPrinc.BtnAtivarClick” os eventos ativados nela
incluem: porta serial (cpCOM1), taxa de transmissão (br2400), componente
(CompSerial) que realiza a leitura dos dados recebidos na porta serial e o componente
“timer” dentre outros.
A “procedure TFrmPrinc.TimerTimer” é responsável pela leitura dos dados do
buffer, tratamento e identificação destes dados, atualização de status das variáveis
digitais, cálculo da variável analógica temperatura e inserção dos valores no gráfico.
Também realiza atualizações nas telas e controle de tempo de monitoração.
Ainda em “TFrmPrinc" são apresentadas as “procedures” que realizam a
gravação e a limpeza do componente “memo”, e a ativação do gráfico.
Em “TFrmGraf" tem-se as “procedures” para salvar, abrir e fechar gráficos.
6.8 OPERACIONALIDADE DO PROTÓTIPO
A tela principal, fig. 37, é demonstrada toda vez que se inicia o software, e nela
são apresentados o título do trabalho e o nome do acadêmico.
47
FIGURA 37 - TELA PRINCIPAL
Na tela configurar do protótipo de software, fig. 38, é possível selecionar a taxa
de recepção dos dados, a porta serial do computador e o combustível utilizado pelo
veículo.
Se escolhido o combustível álcool, a temperatura normal de funcionamento do
motor pode ir até 96ºC, se escolhido gasolina a temperatura é normal até 100ºC e óleo
diesel tem-se um valor de até 105ºC.
FIGURA 38 - TELA CONFIGURAR
A tela monitoração onde é feito o monitoramento do veículo, fig. 39, apresenta
as 5 variáveis que estão sendo monitoradas, 4 variáveis digitais sendo elas: nível de
combustível, acionamento do freio, nível do óleo e carga da bateria e 1 variável
48
analógica que representa a temperatura do motor, sendo esta mostrada através de uma
barra horizontal.
FIGURA 39 - TELA MONITORAÇÃO
Na tela acima, tem-se uma representação de um painel de carro onde pode-se
identificar as variáveis através dos indicadores. Cada indicador representa o estado da
variável, quando o indicador ficar na cor vermelha entenda-se que a variável está tendo
problemas. Para a temperatura tem-se um componente “gauge”, o mesmo ficará na cor
vermelha quando representar um valor superior ao indicado pelo uso de determinado tipo
de combustível, podendo ser 96º, 100º ou 105º Celsius.
Através de um click no botão “ativar” é iniciado o processo de monitoramento e
outro click no botão “desativar” encerra o mesmo. O led “Rx” na cor amarela indica
quando os dados estão sendo recebidos e na cor vermelha representa que os dados não
estão sendo recebidos naquele exato momento.
Na tela dados recebidos, fig. 40, são apresentados ao usuário os dados recebidos
pela porta serial do computador no formato binário. Têm-se as opções através dos
botões: de gravar esses dados, limpar o componente de armazenamento ou ainda a
visualização de um gráfico representando a temperatura do motor.
49
FIGURA 40 - TELA DADOS RECEBIDOS
A tela gráfico, fig. 41, representa a variação de temperatura no motor do veículo
monitorado, esta representação é feita através do componente gráfico VTChart do Delphi
5.0, que permite salvar e/ou abrir novos gráficos.
FIGURA 41 - TELA GRÁFICO
50
Abaixo do gráfico tem-se o tempo total de monitoramento naquele veículo, nome
do piloto e veículo utilizado, dados esses que foram configurados na tela configurar.
A tela sobre, fig. 42, utiliza-se para identificar o sistema, apresentar o
desenvolvedor do software e o orientador do trabalho.
FIGURA 42 - TELA SOBRE
6.9 RESULTADOS
Fazendo uma verificação no sistema de monitoração desenvolvido foram obtidos
os resultados apresentados na tabela 12, os quais demonstram a taxa de erro (média
aproximada) da recepção dos dados no processo monitorado.
TABELA 12 - VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE ERROS
Tempo de leitura
Distância
Repetições
Erros
Taxa de erro (%)
30 segundos
3 metros
4
1
1%
30 segundos
4 metros
4
1
1%
30 segundos
6 metros
4
2
2%
30 segundos
8 metros
4
3
3%
A etapa de verificação de erros foi realizada no Laboratório de Informática
Industrial, no Departamento de Sistemas e Computação da FURB, ou seja, em um
ambiente interno, onde estão presentes outros equipamentos eletrônicos.
O cálculo da taxa de erro conseguiu-se através da contagem dos erros, divididos
pelo número total de dados recebidos (leitura) no intervalo de 30 segundos, valor este
que está compreendido entre 97 e 102 leituras.
51
7
CONCLUSÃO
O controle de carros de competições em muitas equipes no Brasil ainda é muito
deficiente. Este trabalho propôs uma solução para os problemas citados, bem como um
método para a realização, utilizando tecnologias para tornar este processo mais eficiente
e seguro.
Com o desenvolvimento do trabalho conseguimos automatizar o processo de
coleta e transmissão dos dados em um ambiente onde o objeto muda de posição
constantemente, para isso utilizou-se da tecnologia de transmissão de dados por rádio
freqüência, que esta em franca expansão em todo mundo.
O custo total dos módulos que foram utilizados é de aproximadamente R$
2.000,00. Para torná-lo um sistema comercial, seria preciso viabilizar um equipamento
que englobe as tecnologias utilizadas na placa microcontrolada que faz a aquisição de
dados, nos módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência e um software em um
microcomputador para realizar o monitoramento remoto.
7.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS
As maiores dificuldades encontradas foram em relação a ruídos e interferências
decorrentes da transmissão dos dados via rádio freqüência, o estudo e utilização pela
primeira vez, por parte do acadêmico, do microcontrolador PIC16F877 e a leitura dos
valores recebidos na porta serial através dos componentes utilizados no desenvolvimento
do protótipo de software.
O desconhecimento em eletrônica resultou em um maior tempo para a montagem
dos módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência, conversão dos sinais TTL e
RS-232, aliados a pouca bibliografia específica no que trata de microcontroladores PIC.
7.2 LIMITAÇÕES
Apesar da ampla disponibilidade de portas de entrada e saída de dados do
microcontrolador, este trabalho limita-se em utilizar apenas 6 delas, sendo 5 de entrada e
1 de saída (comunicação serial). Outra limitação é referente a quantidade de carros
monitorados simultaneamente, onde está previsto inicialmente apenas para um carro.
52
7.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Seria interessante aperfeiçoar o protótipo para que ele monitore não apenas um
veículo, mas sim todos os carros de uma equipe.
Outra idéia interessante seria fazer com que sejam acoplados a este software,
módulos gerenciais que tenham um controle do desgaste dos pneus, consumo de
combustível, autonomia, velocidade e o tempo cronometrado de cada volta.
Implementar um procedimento que analise o valor da variável recebida para
verificar se não houve problemas na transmissão e recepção dos dados.
Pode-se incrementar ainda no sistema, utilizando a tecnologia GPS (Sistema de
Posicionamento Global), para registrar o trajeto realizado por cada veículo, detectando
assim o melhor posicionamento em uma determinada curva.
53
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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presentation, San Diego, [2002?]. Disponível em: <http://www.smartdraw.com>.
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Paulo: Érica, 1996.
TAFNER, Malcon Anderson; LOESCH, Claudio; STRINGARI, Sérgio. Comunicação
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WENSHING Corporation. Wenshing electronics, Taipei, [2001?]. Disponível em:
<http://www.wenshing.com.tw>. Acesso em: 25 abr. 2002.
55
APÊNDICE
procedure TFrmPrinc.BtnAtivarClick(Sender: TObject);
begin
If CompSerial.PortIsOpen then
Showmessage ('Monitoramento já está ativo...')
else begin
If RdGPort.ItemIndex = 0 then
CompSerial.CommPort := cpCOM1;
If RdGPort.ItemIndex = 1 then
CompSerial.CommPort := cpCOM2;
If RdGPort.ItemIndex = 2 then
CompSerial.CommPort := cpCOM3;
If RdGPort.ItemIndex = 3 then
CompSerial.CommPort := cpCOM4;
If RdGBaud.ItemIndex = 0 then
CompSerial.BaudRate := br2400;
If RdGBaud.ItemIndex = 1 then
CompSerial.BaudRate := br4800;
If RdGBaud.ItemIndex = 2 then
CompSerial.BaudRate := br9600;
If RdGBaud.ItemIndex = 3 then
CompSerial.BaudRate := br19200;
CompSerial.OpenPort(CompSerial.CommPort);
PnPrinc.Caption := 'Monitorando...';
TempoI := time;
MemoDadosRx.Lines.Clear;
MemoDadosRx.Lines.Add(EdNomePiloto.Text);
MemoDadosRx.Lines.Add(EdMarcaCarro.Text);
MemoDadosRx.Lines.Add(EdCidade.Text);
MemoDadosRx.Lines.Add(DatetoStr(Data.Date));
Timer.Enabled := true;
end;
procedure TFrmPrinc.TimerTimer(Sender: TObject);
var
s, buf, analog : string;
a, x, ad, temp, leit, TempMax : integer;
calc : real;
begin
ad := 0;
x := 0;
temp := 0;
leit := 0;
TempMax := 0;
buf := CompSerial.GetData;
CompSerial.FlushRX;
s := copy(buf,Pos('A',buf),length(buf));
56
if length(s) > 15 then begin
LRx.Brush.Color := clyellow;
if (s[1] = 'A') then begin
if s[2] = '0' then
TComb.Enabled := true
else begin
LComb.Brush.color := clgreen;
TComb.Enabled := false;
end;
if s[3] = '0' then
TBat.Enabled := true
else begin
LBat.Brush.color := clgreen;
TBat.Enabled := false;
end;
if s[4] = '0' then
TFreio.Enabled := true
else begin
LFreio.Brush.color := clgreen;
TFreio.Enabled := false;
end;
if s[5] = '0' then
TOleo.Enabled := true
else begin
LOleo.Brush.color := clgreen;
TOleo.Enabled := false;
end;
analog := copy(s,(Pos('-',s)+1),(Pos('-',s)+10));
if length(analog) > 9 then begin
for x := 1 to 10 do begin
if ((analog[x] = '0') or (analog[x] = '1')) then
leit := leit + 1;
end; //Fim do for
If (leit = 10) then begin
if analog[1] = '1' then
ad := ad + 512;
if analog[2] = '1' then
ad := ad + 256;
if analog[3] = '1' then
ad := ad + 128;
if analog[4] = '1' then
ad := ad + 64;
if analog[5] = '1' then
ad := ad + 32;
if analog[6] = '1' then
ad := ad + 16;
if analog[7] = '1' then
57
ad := ad + 8;
if analog[8] = '1' then
ad := ad + 4;
if analog[9] = '1' then
ad := ad + 2;
if analog[10] = '1' then
ad := ad + 1;
calc := ((ad*200)/1023);
temp := trunc(calc);
LbValTemp.Caption := inttostr(temp);
GTemp.Progress := temp;
lista.Add(inttostr(temp));
lista.Delete(0);
for a := 1 to 22 do begin
FrmGraf.Grafico.Column := a;
FrmGraf.Grafico.Data := lista.Strings[a-1];
end;
if RGTipoComb.ItemIndex = 0 then
TempMax := 96;
if RGTipoComb.ItemIndex = 1 then
TempMax := 100;
if RGTipoComb.ItemIndex = 2 then
TempMax := 105;
if (temp > TempMax) then begin
TTemp.Enabled := true;
GTemp.ForeColor := clRed;
GTemp.BackColor := clGreen
end
else begin
GTemp.ForeColor := clGreen;
GTemp.BackColor := clSilver;
LTemp.Brush.color := clgreen;
TTemp.Enabled := false;
end;
end;
end;
If MemoDadosRx.Lines.Count > 500 then
MemoDadosRx.Lines.Delete(4);
MemoDadosRx.Lines.Add(s);
end;
end
else
LRx.Brush.color := clred;
TempoF := time;
FrmGraf.LbTempo.Caption := TimeToStr(TempoI - TempoF);
end;
58
procedure TFrmGraf.BtSalvarGrafClick(Sender: TObject);
begin
If SaveGraf.Execute then
Grafico.WriteToFile(SaveGraf.FileName);
end;
procedure TFrmGraf.BtOpenGrafClick(Sender: TObject);
begin
If OpenGraf.Execute then
Grafico.ReadFromFile(OpenGraf.FileName);
end;
procedure TFrmGraf.BtFecharGrafClick(Sender: TObject);
begin
FrmGraf.Close;
end;
procedure TFrmPrinc.BtLimparClick(Sender: TObject);
begin
MemoDadosRx.Lines.Clear;
end;
procedure TFrmPrinc.BtGravarClick(Sender: TObject);
begin
If SaveRx.Execute then
MemoDadosRx.Lines.SaveToFile(SaveRx.FileName);
end;
procedure TFrmPrinc.BtGraficoVarClick(Sender: TObject);
begin
FrmGraf.LbNomeGraf.Caption := EdNomePiloto.Text;
FrmGraf.LbCarGraf.Caption := EdMarcaCarro.Text;
FrmGraf.Show;
end;
59
ANEXO 1:
FONTE: (Microchip, 1998)