UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
LUÍS RENATO FERRETI
LOURIVAL BORGES DE AGUIAR FILHO
SISTEMA DE DETECÇÃO DE EFLUENTES EM REDES PLUVIAIS
Palhoça
2013
LUÍS RENATO FERRETI
LOURIVAL BORGES DE AGUIAR FILHO
SISTEMA DE DETECÇÃO DE EFLUENTES EM REDES PLUVIAIS
Trabalho
de
Conclusão
de
Curso
apresentado ao Curso de Engenharia
Elétrica – Telemática, da Universidade do
Sul de Santa Catarina, como requisito parcial
para obtenção do título de Engenheiro
Eletricista.
Orientadora Profª. Sheila Santisi Travessa, M.Eng.
Palhoça
2013
Aos nossos pais,
Eriberto e Lenir / Lourival e Odalete
AGRADECIMENTOS
Agradecemos as nossas famílias por nos apoiarem em todas as nossas
escolhas, por todo amor, carinho e compreensão. Aos nossos pais e irmãos nossa
eterna gratidão. Amamos vocês.
Especial agradecimento à nossa orientadora, Sheila Santisi Travessa,
pelos ensinamentos, incentivos e oportunidade. A você, o nosso carinho, admiração
e respeito.
Agradecimentos a todos os professores que colaboraram com seus
conhecimentos para a nossa formação acadêmica, entendendo-os aos membros da
banca, Darci Cidade Júnior e Luciano Pedro Demoro, por todo o auxílio prestado.
Agradecemos especialmente a namorada e amiga Samantha Blauth por
toda a paciência, companhia e auxílio nesse período de tantas abstenções,
nervosismos e ansiedades, onde se fez sempre presente e companheira. Sem você
com certeza não seria possível à realização deste trabalho.
Agradecemos, ainda, aos nossos amigos e amigas e a todos que
colaboraram para a realização deste trabalho de conclusão de curso.
“Só o conhecimento vos libertará.”
(Prof. Fernando Cerruti, Dr).
RESUMO
Nos últimos anos, percebe-se a preocupação crescente, quanto à preservação
ambiental e à manutenção do meio ambiente de forma que gerações futuras
também possam usufruir do que ainda se tem nos dias de hoje em termos de
qualidade de vida. Este fato, que está ligado diretamente à manutenção e prevenção
de danos ao meio ambiente, trouxe a inspiração para este trabalho. A contaminação
em redes de água pluviais, rios e mares provocam consequentemente a degradação
deste meio ambiente que se deseja manter. Objetiva-se através deste trabalho
desenvolver um equipamento, que realize as medições do gás sulfeto de hidrogênio
e a transmissão das leituras para os órgãos competentes, visando limitar
principalmente o prazo de ação contra este tipo de crime ambiental bem como a
prevenção e monitoramento constante da rede pluvial.
Para execução, desenvolveu-se o projeto, a confecção da placa de circuito
impresso, utilizou-se componentes como microcontrolador, módulo GPRS, sensor
para detecção de sulfeto de hidrogênio além da programação de servidores de
recebimento, banco de dados e linguagens específicas de programação para acesso
online das informações. Os ensaios realizados foram em caráter demonstrativo.
Para um produto finalizado são necessários parâmetros que devem ser informados
pelos órgãos competentes para uma calibração específica do sensor do
equipamento.
Palavras-chave: Esgoto. Drenagem pluvial. Sulfeto de hidrogênio. Microcontrolador.
Sensor. Servidor.
ABSTRACT
In recent years, the increasingly prevalent concern, especially in the new generation
sources, is related to the preservation and maintenance of the environment so that
future generations can also enjoy what there is still today in terms of quality of life.
This fact, which is connected directly to the conservation and prevention of the
environmental damages, has brought the inspiration for this final paper. The
contamination of rain, rivers and seas water networks cause the degradation of the
environment that we want to keep. The propose of this project is to develop a device
that performs measurements of hydrogen sulfide gas and transmit them for the
institutions associated, mainly aiming to limit the period of action against this type of
environmental crime, as well as the prevention and constant monitoring of the rain
water network.
To the implementation, the design and manufacture of the printed circuit board has
been made from the application of components such as microcontroller, GPRS
module and sensor for detecting of hydrogen sulfide, besides the programming of a
server, database and specific programming languages for online access of
information. The tests have been performed in a demonstrative mode. For a final
product some parameters need to be informed by the relevant bodies for a specific
calibration of the device sensor.
Keywords: Sewage. Rainwater drainage. Hydrogen sulfide. Microcontroller. Sensor.
Server.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Sistema de esgotamento unitário. ............................................................ 21
Figura 2 – Variação típica de esgoto unitário em período seco e úmido. .................. 22
Figura 3 – Sistema de esgotamento separador absoluto. ......................................... 22
Figura 4 - Nos circuitos à válvula, geralmente estas eram montadas sobre um chassi
de chapa metálica. A interligação entre os componentes principais era feita pela
parte debaixo do chassi. ........................................................................................... 24
Figura 5 – Ampliada de uma placa de circuito impresso (PCI) empregada em
microcomputador....................................................................................................... 25
Figura 6 –Microcontrolador ATmega 328 da Atmel. .................................................. 29
Figura 7 – Sensor TGS 2602..................................................................................... 31
Figura 8 – Características de sensibilidade. Rs = resistência do sensores de gases
exibidos em várias concentrações; Ro = resistência do sensor de ar fresco. ........... 32
Figura 9 – Circuito esquemático do sensor. .............................................................. 33
Figura 10 – Diagrama esquemático do circuito. ........................................................ 35
Figura 11 – Layout da PCI......................................................................................... 36
Figura 12 – Print screen da tela do servidor de recebimento das informações. ........ 46
Figura 13 – Banco de Dados MySQL. ....................................................................... 47
Figura 14 – Interface web para apresentação de gráficos e medições. .................... 48
LISTA DE FLUXOGRAMAS
Fluxograma 1 – Impurezas contidas na água............................................................ 23
Fluxograma 2 – Processo de corrosão do cobre. ...................................................... 39
Fluxograma 3 – Programação do microcontrolador. ................................................. 43
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Fotografia 1 – Impressão do layout do circuito. ......................................................... 37
Fotografia 2 – Fixação do layout na placa de fenolite por transferência térmica. ...... 38
Fotografia 3 – Impressão do circuito na placa de fenolite realizada. ......................... 38
Fotografia 4 – Furação da placa................................................................................ 40
Fotografia 5 – Retirada do excesso de tonner........................................................... 41
Fotografia 6 – Solda dos componentes na placa de circuito impresso. ..................... 42
Fotografia 7 – Medição com o equipamento realizada na Avenida Mauro Ramos.... 45
Fotografia 8 – Medição com o equipamento realizada na Avenida Mauro Ramos.... 46
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Especificação técnica do Sensor Figaro TGS 2602. .............................. 33
LISTA DE SIGLAS
CISC – Complex Instruction Set Computer (Computador com um Conjunto
Complexo de Instruções)
CPU – Central Processing Unit
EEPROM – Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory (Memória
ROM Programável e Apagável Eletricamente)
FR – Flame Resistant
GPRS – General Packet Radio Service (Serviço de Rádio de Pacote Geral)
GSM – Global System for Mobile (Sistema Global para Comunicações Móveis)
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IMEI - Identificação Internacional de Equipamento Móvel
LCD – Liquid Crystal Display (Display de Cristal Líquido)
LED – Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz)
MCPCB – Metal Clad Printed Circuit Board
PCI – Placa de Circuito Impresso
PTH - Pin Through Hole
RAM – Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório)
RISC - Reduced Instruction Set Computer
ROM – Read Only Memory (Memória Apenas de Leitura)
SMD – Surface Mount Device (Componentes de Montagem em Superfície)
SMS –Short Message Service (Serviço de Mensagens Curtas)
SMT – Surface-Mount Technology
SNIS – Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento
VCR – Videocassette Recorder
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 16
1.1 MOTIVAÇÃO ............................................................................................................... 17
1.2 JUSTIFICATIVA .......................................................................................................... 17
1.3 OBJETIVOS ................................................................................................................ 17
1.3.1 Objetivo geral .......................................................................................................... 17
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................................. 17
1.4 METODOLOGIA DE PESQUISA ................................................................................. 18
1.5 ESTRUTURA DE TRABALHO..................................................................................... 18
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................................... 19
2.1 ESGOTO SANITÁRIO ................................................................................................. 19
2.1.1 Evolução histórica do esgotamento sanitário ...................................................... 19
2.1.2 Classificação do esgoto ......................................................................................... 20
2.1.3 Tipos de esgoto ...................................................................................................... 21
2.1.4 Características do esgoto doméstico .................................................................... 23
2.2 PLACA PCI.................................................................................................................. 24
2.3 MICROCONTROLADOR ............................................................................................. 26
2.3.1 Arquitetura AVR RISC............................................................................................. 29
2.3.2 Memória EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory
– Memória ROM Programável e Apagável Eletricamente) .............................................. 29
2.3.3 Memória Flash ......................................................................................................... 30
2.3.4 Memória SRAM........................................................................................................ 30
2.3.5 Registradores do AVR ............................................................................................ 30
2.4 SENSOR ..................................................................................................................... 31
2.5 GPRS .......................................................................................................................... 34
2.5.1 Módulo do GPRS..................................................................................................... 34
3 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................... 35
3.1 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO ...................................................................................... 35
3.2 CRIAÇÃO DA PCI ....................................................................................................... 36
3.3 CONFECÇÃO DA PCI ................................................................................................. 37
3.4 MONTAGEM DA PCI E COMPONENTES................................................................... 41
3.5 PROGRAMAÇÃO DO MICROCONTROLADOR ......................................................... 42
3.6 SERVIDORES ............................................................................................................. 44
4 RESULTADOS .............................................................................................................. 45
5 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES .................................................................................. 49
REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 51
APENDICES ........................................................................................................................ 53
APENDICE A - NETLIST ..................................................................................................... 54
APENDICE B - PARTLIST .................................................................................................. 57
APENDICE C - PINLIST ...................................................................................................... 59
ANEXOS ............................................................................................................................. 63
ANEXO A – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO SENSOR .................................................... 64
ANEXO B – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO MICROCONTROLADOR ............................ 66
ANEXO C – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO MÓDULO GPRS ......................................... 73
16
1
INTRODUÇÃO
A poluição dos recursos hídricos em virtude da emissão de esgoto
doméstico in natura ou sem o tratamento adequado é um preocupante problema de
ordem ambiental e de saúde pública.
O serviço de coleta de esgoto é pouco difundido entre os municípios
brasileiros. O Atlas de Saneamento 2011, realizado pelo Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística (IBGE), registra que o equivalente a 44,8% dos municípios
brasileiros não possuem coleta e tratamento de esgoto. Tal realidade é originária,
ainda, dos reduzidos investimentos em saneamento e pela falta de educação
ambiental da população. Importante, nesse sentido, que o curso d’água receptor de
esgoto à montante, pode ser, à jusante, um manancial de captação para outro
município.
Economicamente, Santa Catarina têm uma posição destacada no país, o
que torna discrepante o investimento tão baixo na área de saneamento. Segundo
dados do Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto de 2010 do Sistema Nacional
de Informações de Saneamento (SNIS), no Estado a parcela de esgoto tratado não
ultrapassava a 16% e, em Florianópolis correspondia a aproximadamente 54%.
Conforme Tsutiya & Bueno (2004), no período chuvoso, o número de
entupimentos e vazamentos de esgoto nas residências e ruas da cidade cresce
consideravelmente, sobretudo, em razão das conexões irregulares da rede de
esgoto à rede pluvial. O esgoto acumulado e os sedimentos arrastados pela chuva
contaminam, ainda, elementos hídricos e manguezais que formam o ecossistema da
Ilha de Santa Catarina.
Nos bairros onde existem esgotos ao ar livre, o mau cheiro e a sujeira
proliferam juntamente com o lixo, favorecem a reprodução de ratos, baratas e
moscas e muitas bactérias prejudiciais à saúde, causando um aumento de doenças,
como gastroenterite, ascardíase, leptospirose (VON SPERLING, 2005). Pode-se
considerar, portanto, duas razões para o planejamento de um sistema de esgoto: a
saúde pública e a preservação ambiental.
17
1.1
MOTIVAÇÃO
A partir do conhecimento do despejo clandestino dos efluentes na rede
pluvial na região de Florianópolis, difundidamente tratado pela mídia, a proposição
de uma solução para detectar e comunicar tal ambiental aos órgãos responsáveis, a
fim de mitigar os danos ao meio ambiente e à rede pluvial com a maior rapidez
possível, mostrou-se uma demanda para estudo e pesquisa.
1.2
JUSTIFICATIVA
São evidentes os danos causados ao meio ambiente e à saúde pública
com o despejo clandestino de águas residuárias na rede pluvial, sendo sua
identificação, na atualidade, bastante lenta. Baseando-se nessa premissa e
almejando agilizar tal processo de detecção para minimização dos prejuízos, faz-se
necessário o emprego da tecnologia para que, de forma imediata, tal tipo de leitura
seja realizada.
Assim, a contribuição mais relevante no emprego deste sistema é a de
evitar danos irreparáveis ao meio ambiente.
1.3
OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo geral
Desenvolver um equipamento para detectar o efluente em rede pluvial.
1.3.2 Objetivos específicos
a) Pesquisar a composição do esgoto para conhecimento quantitativo dos
gases;
b) Encontrar os sensores e microcontrolador apropriados para desenvolvimento
do projeto;
c) Desenvolver o software para integração do hardware com as devidas
programações e calibração dos sensores;
18
d) Desenvolver módulo de transmissão via GPRS para envio da leitura aos
órgãos responsáveis;
e) Realizar testes necessários para ajustes finais entre software e hardware.
1.4
METODOLOGIA DE PESQUISA
O método científico a ser realizado para este estudo será o dedutivo. O
objetivo do estudo será exploratório, com procedimento técnico baseado em
pesquisa bibliográfica e experimental através da abordagem qualitativa.
1.5
ESTRUTURA DE TRABALHO
a) Capítulo 1 – Introdução: Neste primeiro capítulo será introduzido o tema do
trabalho, a fim de instigar o leitor, bem como ainda a justificativa, os objetivos
e a metodologia do trabalho;
b) Capítulo 2 – Fundamentação teórica: Para que o leitor possa ter um
entendimento completo do tema, este capítulo trará a fundamentação teórica
do que será abordado, como temas principais: esgoto sanitário e eletrônica
digital;
c) Capítulo 3 – Desenvolvimento: O terceiro capítulo trará todo desenvolvimento
do equipamento produzido manualmente para detecção do efluente;
d) Capítulo 4 – Resultados: Este capítulo trará os resultados das leituras
efetuadas no ponto escolhido, transmissão, recebimento e amostragem dos
dados;
e) Capítulo 5 – Discussões e Conclusões: Neste capítulo ter-se-ão as
conclusões das leituras efetuadas, o tratamento dos dados colhidos e análise
da situação atual no ponto, assim como sugestões de melhorias.
19
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste Capítulo abordar-se-á a fundamentação teórica dos temas esgoto e
eletrônica digital, a fim de introduzir o assunto para entendimento do trabalho.
2.1
ESGOTO SANITÁRIO
Conforme definem Jordão e Pessoa (1995), esgoto é caracterizado por
despejos provenientes das diversas modalidades de uso de origem das águas, como
o uso doméstico, comercial, industrial, utilidades públicas, de áreas agrícolas,
superfície, entre outros efluentes sanitários.
O emprego do termo “águas residuárias” exprime a tradução literal da
palavra “wastewater”, amplamente usada em inglês.
2.1.1 Evolução histórica do esgotamento sanitário
O primeiro sistema de esgoto planejado e implantado no mundo,
construída no século 6 a.C foi a Cloaca Máxima de Roma, a qual recebia parte dos
esgotos domésticos das áreas adjacentes e também propiciava a drenagem
superficial, controlando assim a epidemia da malária (ALEM SOBRINHO; TSUTIYA,
2000).
A disposição das excretas das populações em expansão tornou-se
impraticável, particularmente na Inglaterra e continente europeu, levando-se ao uso
das privadas. Entretanto, esta “solução” apresentava odores indesejáveis e criou
problemas de acúmulo residual nas mesmas.
Na Europa medieval eram utilizadas estruturas similares aos drenos
Romanos, entretanto, o lançamento das excretas nos condutos era proibido,
dispondo-as nas ruas até que a próxima chuva ou lavagem de ruas as levasse para
a drenagem pluvial ou curso d’água mais próximo.
O uso da privada com descarga hídrica, inventada aproximadamente em
1596 por Sir John Harington, demorou a acontecer.
A coleta e afastamento dos esgotos doméstico receberam a devida
atenção somente a partir do século 19, quando fatores como uso das privadas
20
hídricas, produção industrial de tubulações de ferro fundido e as epidemias
agravaram os problemas da disposição dos esgotos.
Somente em 1815 foi autorizado em Londres o lançamento de efluentes
domésticos nas galerias de águas pluviais, todavia, a falta de planejamento desse
sistema, provocou sérios problemas operacionais, dando início ao desenvolvimento
de um sistema coletor de esgotos em 1855.
Em 1842, após um incêndio que destruiu parte da cidade de Hamburgo,
Alemanha, foi dado um grande avanço em projeto e construção de sistema de
esgoto combinado (pluvial e doméstico). Este sistema unitário de esgotamento,
recebendo contribuições pluviais, domésticas e eventualmente industriais foi
rapidamente implantado em importantes cidades como: Boston (1833), Rio de
Janeiro (1857) e Paris (1880).
Tsutiya e Bueno (2004) afirmam que o sistema de esgotamento unitário
teve um bom desempenho em regiões frias e subtropicais e com baixo índice de
pluviosidade. Entretanto, em regiões tropicais, devido às elevadas precipitações
pluviais, falta de pavimentação e limitações econômicas, os ingleses encontraram
dificuldades para aplicação deste sistema. Assim, teve-se que modificar o sistema
em relação ao tradicional, aplicando uma solução intermediária com o sistema
separador parcial, este implantado no Rio de Janeiro.
Em 1879, surgiu nos Estados Unidos um sistema em que as águas
residuárias fossem totalmente separadas do destinado às águas pluviais,
denominado posteriormente como separador absoluto. Este novo sistema permitia o
esgotamento de águas residuárias com vazões menores, resultando em obras de
menor porte e com menor custo resolvendo, então, parte do saneamento da cidade.
2.1.2 Classificação do esgoto
A NBR 9648/86 classifica o esgoto sanitário, despejo líquido constituído
de esgotos domésticos e industriais, água de infiltração e contribuição pluvial
parasitária, em:
a) Esgoto doméstico: Despejo líquido resultante do uso da água para higiene e
necessidades fisiológicas humanas;
b) Esgoto industrial: Despejo líquido resultante dos processos industriais;
21
c) Águas de infiltração: Águas provenientes do subsolo, indesejável ao sistema
separador e que penetram nas canalizações;
d) Contribuição pluvial parasitária: Parcela deflúvio superficial inevitavelmente
absorvida pela rede coletora de esgoto sanitário.
2.1.3 Tipos de esgoto
Os sistemas de esgoto podem ser classificados como:
a) Sistema de esgotamento unitário (combinado): Um único sistema para águas
residuárias (domésticas e industriais), águas de infiltração e águas pluviais,
conforme ilustrado na Figura 1 abaixo;
Figura 1 – Sistema de esgotamento unitário.
Fonte: Tsutiya (2004).
Conforme se observa na Figura 2, apresentada a seguir, a vazão total
com contribuições de águas pluviais e esgoto são superiores a somente à vazão de
esgoto, gerando grandes picos de vazão em períodos chuvosos, significando
oneração financeira e à saúde pública.
22
Figura 2 – Variação típica de esgoto unitário em período seco e úmido.
Fonte: TSUTIYA, 2004 apud TCHOBANOGLOUS, 1985.
b) Sistema de esgotamento separador parcial: Uma parcela das águas da chuva
provenientes de telhados e pátios é encaminhada juntamente com as águas
residuárias e águas de infiltração para um único sistema e transporte de
esgoto;
c) Sistema separador absoluto: As águas residuárias e águas de infiltração
veiculam em um sistema independente, denominados sistema de esgoto
sanitário e sistema de drenagem pluvial respectivamente.
Figura 3 – Sistema de esgotamento separador absoluto.
Fonte: Tsutiya (2004).
23
2.1.4 Características do esgoto doméstico
Os esgotos domésticos contêm aproximadamente 99,9% de água e 0,1%
de sólidos que inclui sólidos orgânicos, inorgânicos, suspensos e dissolvidos, assim
como microorganismos (VON SPERLING, 2005).
As impurezas encontradas das águas residuárias, podem-se ser
caracterizadas conforme o Fluxograma 1.
Fluxograma 1 – Impurezas contidas na água.
Impurezas
Características
físicas
Sólidos
Características
químicas
Gases
Inorgânicos
Suspensos
Características
biológicas
Orgânicos
Matéria em
decomposição
Ser vivo
Animais
Coloidais
Vegetais
Dissolvidos
Protistas/moneras
Fonte: VON SPERLING, 2005 apud BARNES et al, 1981.
Conforme descreve Von Sperling (2005), o odor é uma característica
física de qualidade da água, de sensação olfativa, com constituinte responsável
sólidos em suspensão, sólidos dissolvidos e gases dissolvidos. Sua origem pode ser
natural ou antropogênica, como por exemplo, o gás sulfídrico (sulfeto de hidrogênio
– H2S).
O resultado do odor é importante para identificação e a vinculação com a
sua origem, vinculada sobretudo, à presença de sulfetos, devido à atividade
biológica, sendo o odor do gás sulfídrico característico de “ovo podre” (LILIAMTIS E
MANCUSO, 2003).
24
2.2
PLACA PCI
As placas de circuitos impressos ou PCIs, surgiram imediatamente em
substituição aos antigos circuitos montados geralmente sobre um chassi de placa
metálica. Esta montagem também conhecida como ‘aranha’ recebia esse nome pois
os pinos dos terminais eram fixados na parte inferior destas placas (MEHL, 2011).
Figura 4 - Nos circuitos à válvula, geralmente estas eram montadas sobre um chassi
de chapa metálica. A interligação entre os componentes principais era feita pela
parte debaixo do chassi.
Fonte: Mehl (2011).
Atualmente a grande maioria dos circuitos impressos é produzida com
placas de fenolite. Conforme Mehl (2011) define, esta placa é coberta com uma fina
camada de cobre, prata ou ouro, em alguns casos, ser de fibra, poliéster ou de vidro.
O objetivo é que o projetista desenhe as pistas condutoras que darão formato ao
circuito após a remoção do excesso de cobre.
Utiliza-se este tipo de placas em quase todos os equipamentos
eletrônicos na atualidade, principalmente naqueles que possuem circuitos integrados
em seu interior.
“Placa de fenolite” na realidade é uma marca comercial de um fabricante,
mas se tornou habitual o uso do nome pela sua ampla utilização. Conforme
descreve Mehl (2011), as placas de fenolite são produzidas a partir de serragem de
madeira e papel picado com uma camada de resina fenólica, originando a cor
marrom comumente apresentada.
Complementarmente, por ser produzida com tal material, torna-se muito
suscetível à umidade, configurando um problema grave, haja vista que com a perda
da característica isolante, inerente ao seu funcionamento, pode danificar seriamente
o circuito.
25
Figura 5 – Ampliada de uma placa de circuito impresso (PCI) empregada em
microcomputador.
Fonte: Mehl (2011).
Em solução ao problema apresentado pelas placas de fenolite, as novas
placas produzidas na década de 60 começaram a usar resina de epóxi para
tornarem-se resistentes à umidade, passando a ser conhecidas como placas de fibra
de vidro. De igual modo esta placa também trouxe um problema que foi sua
resistência ao ser cortada ou furada. Porém com os equipamentos corretos e
adaptados a demanda pela placa de fibra de vidro, hoje ela é a mais usada pela
indústria em geral (MEHL, 2011).
As placas de circuito impresso de fenolite são costumeiramente usadas
para a confecção artesanal ou em poucas peças. A classificação das placas de
fenolite e de fibra de vidro como FR-4 e FR-2 respectivamente dá-se em virtude de
sua resistência ao fogo, originando a sigla em inglês flame resistant (FR).
Não obstante, existe ainda um tipo de placa com utilização específica
para uso em conversores DC-DC, diodos emissores de luz (LED) de alta potência e
até em sistemas de injeção eletrônica de combustíveis. Tal placa é composta de
alumínio e seu principal consiste na dissipação de calor como nas aplicações citadas
acima, sendo conhecidas como Metal Clad Printed Circuit Board (MCPCB).
Embora a prata seja um metal com maior condutividade elétrica, o cobre
vem sendo o material mais usado para desenho das trilhas numa placa de circuito
26
impresso, principalmente por oferecer uma camada revestidora da placa com
espessura significativamente mais fina.
2.3
MICROCONTROLADOR
Conforme define Brain (2013), todos os computadores da atualidade são
microcontrolados, podendo-se igualar, resguardadas as diferenças de tamanho e
aplicações, um microcontrolador a um computador, embora algumas características
permaneçam idênticas para ambos, como por exemplo:
a) CPU (unidade de processamento central): todos os computadores a
possuem, sendo a responsável pela execução dos programas. Toda vez que
alguém senta em frente a um computador para realizar qualquer ação, a CPU
dessa máquina está executando um programa.
b) Disco rígido: para abrir uma planilha ou algum arquivo de texto em um
computador de mesa, a CPU carrega o programa de algum lugar,
requerendo-se, para tanto, o uso de um disco rígido para que o mesmo seja
carregado;
c) RAM (memória de acesso aleatório): é a memória em que o computador
armazena as "variáveis".
A diferença mais relevante entre um computador de mesa e um
microcontrolador é que o primeiro tem como objetivo geral executar diversos
programas distintos, enquanto os microcontroladores geralmente são criados para
objetivos específicos. Apesar de a literatura abordar demais aspectos quanto a
diferenciação, estas características são apontadas como as principais, ainda que
não raro seja possível encontrar-se o uso do termo “microcomputador” para
descrever um computador de mesa, o que não deixa de estar correto.
a) É muito comum o uso de microcontroladores "embutidos" no interior de algum
outro dispositivo para que possam controlar as funções ou ações do produto.
Logo, normalmente há utilização do termo como sinônimo para o
microcontrolador de controlador embutido.
b) Por conta dos fins específicos que são a execução de algum programa, os
microcontroladores utilizam para armazenamento a memória ROM que, por
sua vez, é em geral imutável.
27
c) Diferentemente de um computador de mesa constantemente ligado à rede
elétrica em período integral ou durante o uso, os microcontroladores são
dispositivos que consomem pouca potência. Enquanto um computador de
mesa pode consumir 50 watts de eletricidade, um microcontrolador
alimentado por bateria pode consumir 50 miliwatts.
d) Em sua grande maioria os microcontroladores têm um dispositivo dedicado à
entrada e outros de saída. Geralmente é através da entrada que o
microcontrolador faz a leitura dos dados e, após interpretar os comandos já
contidos nele, processa-os e por meio da(s) saída(s) existente(s) em alguns,
controla os dispositivos a ele conectados.
Tal percepção pode ser melhor abordada a partir do exemplo trazido por Brain:
Por exemplo, o microcontrolador de uma TV obtém a entrada a partir do
controle remoto e exibe a saída na tela da TV. O controlador controla o
seletor de canais, o sistema de alto-falantes e determinados ajustes nos
componentes eletrônicos do tubo de imagem (como saturação e brilho, por
exemplo). A unidade de controle de motor em um carro obtém a entrada a
partir de sensores como os sensores de oxigênio e detonação e controla a
mistura de combustível e temporização das velas, por exemplo. Um
controlador de forno microondas obtém a entrada a partir de um teclado,
exibe a saída em um visor LCD e controla um relé que liga e desliga o
gerador de microondas (BRAIN, 2013).
e) Os microcontroladores são pequenos e geralmente baratos, sendo seus
componentes cada vez menores, minimizando o tamanho dos produtos e
barateando-os;
f) Em alguns casos os microcontroladores são feitos com maior robustez para
suportarem a aplicação específica a qual é destinado.
O processador em si, usado para implementar um microcontrolador pode
variar amplamente. Por exemplo, o telefone celular digital contém um
processador Z-80. O Z-80 é um microprocessador de 8 bits desenvolvido
nos anos 70 e originalmente usado em alguns computadores da época. O
GPS Garmin, contém uma versão de baixa potência do Intel 80386. O
80386 foi usado originalmente nos computadores de mesa.
Em muitos produtos, como os fornos microondas por exemplo, a demanda
sobre a CPU é bem baixa e o preço é um aspecto importante. Nesses
casos, os fabricantes utilizam chips de microcontrolador dedicado: chips que
foram projetados originalmente para serem CPUs econômicas, pequenas,
de baixo consumo e embutidas. O Motorola 6811 e o Intel 8051 são bons
exemplos desses chips. Também existe uma linha de controladores
populares chamados de "microcontroladores PIC" criados por uma empresa
chamada Microchip. Nos padrões atuais, eles são incrivelmente
28
minimalistas; mas extremamente econômicos quando adquiridos em
grandes quantidades e geralmente conseguem atender às necessidades de
um projetista de dispositivos com apenas um chip (BRAIN, 2013).
Devido às aplicações específicas e que em alguns casos em condições
extremas nas quais o computador de mesa não oferece suporte, faz-se necessária a
utilização de um microcontrolador. Um microcontrolador em um avião, por exemplo,
precisa funcionar em temperaturas de -30ºC enquanto este mesmo microcontrolador
quando o avião está em solo pode encontrar temperaturas de 40ºC. Em contra
partida um microcontrolador para um equipamento eletrônico comum não precisa
apresentar essa resistência.
Normalmente nos microcontroladores encontrados com maior facilidade
no mercado contêm 1.000 bytes de ROM e 20 bytes de RAM no chip, além de 8
pinos de E/S (Entrada e Saída). Atualmente no mercado, seu custo é de valor muito
baixo, possibilitando assim sua utilização em larga escala na indústria.
O microcontrolador ATmega328 da fabricante Atmel é utilizado nos
Arduínos mais recentes, de 8 bits com arquitetura Harvard modificada. Ele pertence
à família AVR, que compartilha uma arquitetura e conjunto de instruções básicas
com os grupos tinyAVR (microcontroladores ATtiny), megAVR (os ATmega) e
XMEGA (os Atxmega).
Os primeiros modelos de Arduino utilizavam o ATmega8 (com 8K de
memória Flash), posteriormente substituído pelo ATmega168 (16K de Flash e
maiores recursos de entrada e saída) e por último pelo ATmega328, com 32K de
Flash. O ATmega328 permite o uso diferente dos pinos, conforme retrata a Figura 6.
29
Figura 6 –Microcontrolador ATmega 328 da Atmel.
Fonte: NKC Eletronics
2.3.1 Arquitetura AVR RISC
A arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer) permite que os
sistemas nela baseados possam rodar mais rápido pois o microprocessor possui
funções limitadas, em benefício do seu desempenho, requerendo assim menos
instruções do que a tradicional arquitetura CISC.
O AVR utiliza o conceito da arquitetura Harvard, onde os barramentos de
dados e de instruções são fisicamente separados. A memória do programa é
executada em pipeline de dois estágios: enquanto uma instrução está sendo
executada, a próxima instrução é previamente buscada na memória de programa;
habilitando assim a execução de instruções em todo ciclo de clock.
A memória de programa é do tipo flash, com instruções relativas de
“jump” e “call”.
2.3.2 Memória EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only
Memory – Memória ROM Programável e Apagável Eletricamente)
A EEPROM presente no AVR possui 512bytes e está ligada ao
barramento de dados 8-bit interno, permitindo ser escrita diretamente sobre um
microcontrolador durante o processo de gravação, ou que o próprio microcontrolador
escreva os dados nas posições desta memória.
30
Um endereço de uma EEPROM pode ser apagado e reprogramado até
100.000 vezes. O tempo de acesso de gravação é em média de 2,5 a 4ms,
dependendo da tensão a qual é submetida.
2.3.3 Memória Flash
A memória flash ou flash ROM pode ser definida como funcionalmente
semelhante a uma EEPROM que utiliza baixas tensões de apagamento feito em
tempo reduzido. O apagamento da memória flash é extremamente rápido e, ao
contrário, da EEPROM não é possível reprogramar apenas um único endereço, ou
seja, quando a memória é apagada, todos os seus endereços são zerados. O AVR
apresenta 8 Kbytes de memória Flash Programável on-chip para armazenamento de
programas.
2.3.4 Memória SRAM
As informações existentes em uma memória RAM (Random Access
Memor) não são estáveis e podem ser perdidas ao se desligar o computador, caso
não sejam salvas fisicamente.
2.3.5 Registradores do AVR
Uma característica básica é a presença de grupo de registradores
internos. A arquitetura AVR apresenta 32 registradores de 8 bits, que podem ser
manipulados para leitura e escrita, como 16 palavras de 16-bit. Há também os
registradores de I/O, os quais são em número de 64 e podem ser endereçados
diretamente em instruções de apenas um ciclo de clock.
O grupo de instrumentação propõem o desenvolvimento de um tutorial
sobre as diversas funcionalidades que o ATmega8 pode oferecer para o usuário.
Além disso, introduzir alguns conhecimentos básicos sobre a arquitetura de um
programa e sobre comandos de entrada/saída.
31
2.4
SENSOR
O Sensor Figaro TGS 2602 para detecção de contaminantes de ar possui
alta sensibilidade para baixas concentrações de gases, como por exemplo a amônia
e sulfeto de hidrogênio. O sensor também tem uma elevada sensibilidade a baixas
concentrações de compostos orgânicos voláteis como tolueno, conforme ilustrado na
Figura 7.
Figura 7 – Sensor TGS 2602.
Fonte: Figaro (2005).
A detecção é feita por uma cama de semicondutor de óxido metálico
formado sobre o substrato de alumina de um sensor chip em conjunto com um
aquecedor integrado. Na presença do gás detectável, o sensor de condutividade
aumenta dependendo da concentração de gás no ar. Um circuito elétrico converte a
alteração da condutividade para um sinal de saída que corresponde à concentração
de gás.
A Figura 8 representa as características típicas de sensibilidade, extraídas
da especificação técnica do produto, onde o eixo Y indica o sensor razão de
resistência (R/Ro).
32
Figura 8 – Características de sensibilidade. Rs = resistência do sensores de gases
exibidos em várias concentrações; Ro = resistência do sensor de ar fresco.
Fonte: Figaro (2005).
O sensor requer duas entradas de tensão: tensão de aquecimento (VH) e
tensão do circuito (VC). A tensão do aquecedor é aplicada ao aquecedor integrado a
fim de manter o sensor a uma temperatura específica ótima para detecção. O
circuito de tensão é aplicado para permitir a medição da voltagem, através de uma
resistência de carga (RL) que é ligado em série com o sensor. É necessária uma
tensão de corrente contínua para a tensão do circuito, uma vez que o sensor tem
uma polaridade. Um circuito de alimentação comum pode ser utilizado para os dois
tipos de tensões para cumprir os requisitos elétricos do sensor. O valor da
resistência de carga (RL) deve ser escolhido para otimizar o limiar de alarme valor,
mantendo-se o consumo de energia (PS) do semicondutor abaixo de um limite de
15mW. O consumo de energia será maior quando o valor de Rs é igual para RL a
exposição ao gás.
33
Figura 9 – Circuito esquemático do sensor.
Fonte: Figaro (2005).
No Quadro 1 a seguir são mostradas as especificações técnicas do
sensor Figaro TGS 2602, utilizado neste trabalho.
Quadro 1 – Especificação técnica do Sensor Figaro TGS 2602.
Fonte: Figaro Product Information TGS 2602.
34
2.5
GPRS
O GPRS (General Packet Radio Services) é uma tecnologia de
comutação de pacotes implementada sobre as redes GSM. Na evolução da rede
GSM é considerado um padrão 2,5G. De maneira diferente das arquiteturas de
redes celulares convencionais, nessa tecnologia, este tipo de protocolo somente é
atribuído um canal lógico quando for necessário transmitir ou receber dados e os
canais lógicos podem ser compartilhados entre diferentes usuários móveis
(RAPPAPORT, 2002).
Na comutação por circuito cada comunicação ocupa um canal e, na
comutação por pacotes, há compartilhamento do canal, ou seja, cada pacote é
enviado no momento em que há espaço no canal, havendo uma grande economia
de espectro.
GPRS é um serviço de valor agregado não baseado em voz que permite
o envio e recepção de informações através de uma rede telefônica móvel.
2.5.1 Módulo do GPRS
O módulo GPRS é responsável por efetuar uma comunicação sem fio
entre o módulo de leitura, no caso o esgoto, e a Central de Monitoramento através
de uma comunicação utilizando um modem GPRS.
Segundo a especificação técnica SIM900 da SIMCOM (2012), o módulo
Sem Fio SIM900 é um módulo completo Quadri-band GSM/GPRS em um tipo de
SMT, projetado com um processador single-chip que integra o núcleo ARM926EJ-S,
permitindo beneficiar pequenas dimensões e soluções de baixo custo. O modelo
também oferece GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz para desempenho para voz,
SMS, dados, fax e um fator de forma pequeno e com baixo consumo de energia. O
equipamento
possui
uma
pequena
configuração,
com
medidas
de
24mmx24mmx3mm, cabendo em quase todos os espaços em que é exigido,
principalmente para demandas que necessitam de um design compacto.
35
3
DESENVOLVIMENTO
Com a decisão dos componentes a serem utilizados, deu-se início ao
desenvolvimento do equipamento, descrito nos subítens a seguir.
3.1
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
Tendo-se em vista as justificativas e os objetivos apresentados nos
capítulos anteriores decidiu-se projetar este circuito utilizando um software de CAD
chamado EAGLE em sua versão free que permite criar placas PCI com até
10cmX10cm de tamanho. A escolha dos componentes como microcontrolador,
sensor, módulo GSM e SMD´s foi realizada através do conhecimento adquirido
durante o curso, bem como pela prática em projetos como este, desenvolvidos em
caráter profissional pelos autores.
Utilizando-se essa ferramenta projetou-se o circuito já com a definição de
todos os componentes que seriam requeridos no mesmo, resultando em um trabalho
conforme mostrado abaixo.
Figura 10 – Diagrama esquemático do circuito.
Fonte: Dos autores, 2013.
36
Implementando-se
o
esquemático,
a
própria
ferramenta
de
desenvolvimento já gera todas as listas de conexões de pinos e lista de
componentes escolhidos para o melhor desempenho do projeto que são parte
integrante do diagrama esquemático, dispostos nos Apêndice A, B e C
3.2
CRIAÇÃO DA PCI
A placa PCI foi projetada exclusivamente para este trabalho, tendo-se em
vista o direcionamento possível aos objetivos almejados em alcançar com o
desenvolvimento do mesmo. Partindo deste princípio, a criação da PCI foi feita em
diversas etapas, descritas a seguir.
Primeiramente, gerou-se um layout do circuito através do software
EAGLE para o desempenho deste passo do projeto, conforme ilustra a Figura 11
abaixo.
Figura 11 – Layout da PCI.
Fonte: Dos autores, 2013.
37
3.3
CONFECÇÃO DA PCI
Posteriormente à criação do layout do circuito, este foi impresso em uma
folha de papel siliconada em impressora a laser, conforme a Fotografia 1.
Fotografia 1 – Impressão do layout do circuito.
Fonte: Dos autores, 2013.
Para
a
confecção
da
PCI
utilizou-se
o
processo
descrito
na
fundamentação teórica deste trabalho, sendo sua produção realizada manualmente,
sendo utilizada na implementação apenas uma PCI que funcionou perfeitamente.
A superfície de cobre da placa foi lixada para remoção da parte oxidada e
outros resíduos como alguma gordura que possível de ser encontrada na mesma.
Em seguida, fixou-se esta impressão de uma forma bastante firme para
realizar a transferência térmica do layout impresso para a placa, conforme a
Fotografia 2.
38
Fotografia 2 – Fixação do layout na placa de fenolite por transferência térmica.
Fonte: Dos autores, 2013.
A Fotografia 3 ilustra que após realizada a transferência térmica do
circuito para a placa obteve-se ela literalmente impressa no circuito.
Fotografia 3 – Impressão do circuito na placa de fenolite realizada.
Fonte: Dos autores, 2013.
39
Após tais procedimentos deu-se início a um processo bastante simples
para a corrosão do cobre com percloreto de ferro, almejando a remoção de toda
parte de cobra da placa, excetuando-se àquela transferida com o tonner da
impressora, mantendo-se assim, as linhas e trilhas necessárias para o correto
funcionamento da placa, conforme ilustrado no Fluxograma 2.
Fluxograma 2 – Processo de corrosão do cobre.
Percloreto de
ferro
Imersão
para
Corrosão
PCI Corroída
PCI Seca
Fonte: Dos autores, 2013.
40
Depois da retirada total do cobre, fez-se a furação da placa para encaixe
dos componentes a serem utilizados na implementação, conforme Fotografia 4.
Fotografia 4 – Furação da placa.
Fonte: Dos autores, 2013.
Por fim, como último procedimento para a confecção da placa, retirou-se
o excesso de tonner para que restem apenas as trilhas de cobre na placa, conforme
a Fotografia 5.
41
Fotografia 5 – Retirada do excesso de tonner.
Fonte: Dos autores, 2013.
3.4
MONTAGEM DA PCI E COMPONENTES
O processo de montagem da placa com os seus devidos componentes
requer prática neste tipo de procedimento, pois é um serviço muito especializado
para sua realização.
Na montagem e encaixe dos componentes eletrônicos na placa de circuito
impresso, utilizaram-se somente componentes com encapsulamento SMD (Surface
Mount Device). Tais componentes são montados diretamente na placa de circuito
impresso sem a necessidade de furá-la. Sendo o seu valor de custo mais acessível,
outro motivo relevante. O tamanho de componentes, por sua vez, é menor que os
componentes convencionais PTH (Pin Through Hole) podendo-se reduzir bastante o
tamanho da placa de circuito impresso e, consequentemente, o custo da confecção.
Conforme a Fotografia 6, para solda dos componentes utilizou-se
estanho, fluxo de solda, ferro de solda e estação de retrabalho.
42
Fotografia 6 – Solda dos componentes na placa de circuito impresso.
Fotos: Dos autores, 2013.
Após a solda de todos os componentes, efetuaram-se testes elétricos e,
posteriormente, para proteção contra umidade, oxidação das trilhas e melhor
acabamento utilizou-se revestimento conformável (Conformal Coating), nada mais
do que um verniz indicado para placa de circuitos impressos.
3.5
PROGRAMAÇÃO DO MICROCONTROLADOR
O código utilizado está estruturado conforme definido no esquemático
(Figura 10 do item 3.1) e no Pinlist (Apêndice C).
O pino de leitura para o sensor TGS2602 será a entrada digital PCINT8. A
programação do microcontrolador pode ser ilustrada conforme o Fluxograma 3.
43
Fluxograma 3 – Programação do microcontrolador.
Microcontrolador
recebe sinal
elétrico gerado
pelo sensor de
sulfeto de
hidrogênio
A informação é
armazenada em
um endereço de
memória
A informação
armazenada é
enviada via
módulo GPRS
Fonte: Dos autores, 2013.
O módulo GPRS Modelo SIM900 possui um pino de saída para
monitoramento externo. Desta forma, o microcontrolador monitora o status dos
módulos GPRS na entrada digital PCINT9. O pino do status informa se o módulo
GPRS está ligado, no qual, em caso de desligamento indevido, o microcontrolador
força o religamento utilizando seu pino de saída PCINT4 que, por sua vez, está
interligado com o pino POWERKEY do módulo GPRS.
O mesmo microcontrolador rotineiramente solicita que o SIM900 verifique
se o GPRS está registrado na rede celular. Para este tipo de solicitação entre
microcontroladores, utilizam-se os comandos AT, sendo requerido para uma
solicitação em específico, de registro em rede, AT+CREG.
Caso o módulo GPRS não esteja conectado, o microcontrolador força
para que o SIM900 se reinicialize através do pino de saída PCINT3, interligado no
pino do módulo GPRS NRESET.
O envio e recebimento dos comandos AT(TX e RX) no microcontrolador
acontecem da seguinte forma, o pino de envio (TX) é o PCINT19 e o pino PCINT20
é o de recebimento (RX).
Após tais verificações e com o módulo registrado em rede, o
microcontrolador abre uma conexão UDP com o servidor e inicia a transmissão da
informação do sensor que está anteriormente armazenado na memória.
44
3.6
SERVIDORES
No local onde em que serão recebidas e analisadas as informações,
foram instaladas as aplicações e serviços descritos a seguir para que seja recebido
os dados coletados pelo sensor e transmitidos pelo módulo.
Primeiramente foi disponibilizado um IP fixo com portas de acesso
liberadas para conexões UDP.
Empregou-se, para tanto, o Sistema Operacional Linux Debian versão 7.2
de 32bits para criação do servidor de recebimento, servidor Web e Banco de Dados
MySQL.
O servidor de recebimento, mantem-se apenas, via socket UDP
recepcionando as informações transmitidas, sendo o mesmo programado com a
linguagem de programação Python. As informações enviadas pelo equipamento
instalado em pontos suspeitos de lançamento de dejetos em locais impróprios. A
identificação de cada equipamento será feita pela Identificação Internacional de
Equipamento Móvel (IMEI).
Após o recebimento e com a devida identificação o próximo passo é a
inclusão das informações em um Banco de Dados, no qual, constarão todos os
históricos das leituras e transmissões realizadas dos equipamentos. Para a presente
proposta, optou-se pelo bando da dados MySQL, uma vez que possui licença
pública livre.
A integração e interação entre o Banco de Dados e as requisições HTTP
deu-se por intermédio da linguagem PHP, uma vez que apresenta capacidade de
gerar conteúdos dinâmicos, gerar gráficos e relatórios, oferecendo visualização das
informações online.
45
4
RESULTADOS
Após todo o desenvolvimento e com todas as partes do equipamento e
sistemas prontos partiu-se para os ensaios em campo. Escolheu-se a Avenida
Mauro Ramos no centro da cidade de Florianópolis para realizar-se os ensaios,
considerando-se que tal localidade já foi motivo de várias discussões relacionadas
ao tema devido à canalização de sua rede pluvial da mesma ser despejada
integralmente no Rio da Bulha, na Avenida Hercílio Luz.
O equipamento foi colocado mais precisamente à altura do número 1310
para tal medição e mantido no acesso da canalização da rede pluvial por alguns
minutos durante um período de 14 dias, conforme as Fotografias 7 e 8.
Fotografia 7 – Medição com o equipamento realizada na Avenida Mauro Ramos.
Fonte: Dos Autores, 2013.
46
Fotografia 8 – Medição com o equipamento realizada na Avenida Mauro Ramos.
Fonte: Dos Autores, 2013.
Na transmissão gerada recebeu-se o IMEI, data, hora, sensor e nível de
bateria conforme Figura 12.
Figura 12 – Print screen da tela do servidor de recebimento das informações.
Fonte: Dos Autores, 2013.
47
As informações recebidas automaticamente são armazenadas no Banco
de Dados para que todos os relatórios, gráficos e alarmes gerados possam ser
facilmente visualizados pelo operador do sistema. A Figura 13 ilustra o banco de
dados com as informações armazenadas.
Figura 13 – Banco de Dados MySQL.
Fonte: Dos Autores, 2013.
Com os dados armazenados, através do sistema em PHP, faz-se sua
interpretação e integração, apresentando-os por meio de uma interface web. Assim,
o usuário terá condições de identificar o mais rápido possível qualquer tipo de
alteração nas proximidades de onde os equipamentos estiverem instalados.
A seguir, a Figura 14 demonstra, de uma maneira simples, algumas
possibilidades de tratamento dos dados coletados pelos equipamentos.
48
Figura 14 – Interface web para apresentação de gráficos e medições.
Fonte: Dos autores, 2013.
49
5
DISCUSSÕES E CONCLUSÕES
Este
trabalho
iniciou-se
com
os
esclarecimentos
dos
conceitos
fundamentais do esgoto e eletrônica digital a fim de possibilitar o entendimento
almejado no que tange ao sistema de saneamento brasileiro em redes pluviais.
Evidenciou-se o impacto gerado pela clandestinidade do despejo de esgoto fora dos
limites e os problemas de saúde pública ocasionados pelo mesmo.
Diante disto, constatou-se a necessidade de um equipamento para
realizar as medições, transmissão e acompanhamento online de leitura, buscando
evitar os impactos ambientais e possíveis crimes ambientais.
Verificou-se, desta forma, que o desenvolvimento de um projeto de um
equipamento através da produção própria destinada para este fim fazia-se
necessário.
A estratégia proposta teve por objetivo solucionar o problema por meio da
utilização de um equipamento para leitura e transmissão da quantidade de partícula
por milhão de sulfeto de hidrogênio.
Assim, realizou-se o dimensionamento dos componentes para criação do
equipamento resultando, deste modo em um produto de valor altamente satisfatório,
visto que por se tratar de uma ideia inovadora reduziu-se significativamente o tempo
para detecção do despejo de efluentes em rede pluvial.
Observou-se, portanto, que este equipamento poderá estar diretamente
associado à fiscalização ativa por parte dos órgãos competentes que poderão fazer
uso do mesmo para evitar danos ao meio ambiente. Paralelamente obteve-se com o
benefício o fato de que o mesmo poderá inibir qualquer tipo de crime, no que tange
ao tema, assim que for do conhecimento da população em geral.
Foi detectado, no ponto de medição, concentração positiva de sulfeto
hidrogênio, indicando que na rede pluvial há despejo clandestino de águas
residuárias.
Igualmente, atingiu-se o objetivo deste trabalho, uma vez que, a partir da
análise da presença de componentes de sulfeto de hidrogênio no sistema da rede
pluvial foi possível fazer a transmissão e análise dos dados coletados para as
medidas cabíveis frente a alguma anormalidade.
Cabe ressaltar que a partir da correta utilização e implantação desse tipo
de equipamento há forte propensão para que vários crimes de ordem ambiental
50
possam evitados, visto que alterações e ajustes dos sistemas são suscetíveis a
qualquer momento devido a inúmeras possibilidades de configuração do mesmo.
Há de se considerar, ainda a dificuldade de conexão com o servidor de
recebimento durante os ensaios de campo, haja vista o sinal da operadora de
telefonia móvel estar muito baixo.
Como sugestão para melhoria na próxima versão, destaca-se a
importância da inserção de uma memória EEPROM, uma vez que em caso de falta
de comunição com o servidor de recebimento as informações podem ser
armazenadas nesta memória até que a conexão se restabeleça e o sinal seja
enviado.
51
REFERÊNCIAS
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esgoto sanitário. 2. ed. São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e
Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2000.
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http://wm.sim.com/upfile/201342414927f.pdf >. Acesso em: 05 out. 2013.
53
APENDICES
54
APENDICE A - NETLIST
EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft
Net
Part
Pad
Pin
ANALOG0
IC1
R2
U$1
23
2
3
PC0(ADC0/PCINT8) 1
2
1
SE+
1
ARD_NRST IC1
R5
17
1
PB3(MOSI/OC2A/PCINT3) 1
1
1
ARD_PWRKEY IC1
R3
1
1
CARD_CLK R12
X2
1
C3
1
3
CARD_DATA C6
R13
X2
1
1
C7
1
6
1
1
CARD_RST R14
X2
1
C2
1
2
1
1
D7
IC1
LED2
13
A
PD7(AIN1/PCINT23) 1
A
1
D8
IC1
LED3
14
A
PB0(ICP1/CLKO/PCINT0) 1
A
1
GND
C1
C2
C4
C5
C6
IC1
IC1
JP1
JP1
Q2
Q3
Q4
R10
R15
R16
R2
R4
R6
R8
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
1
2
1
2
2
22
8
CTS
GND
2
2
2
1
1
1
1
2
2
2
17
18
29
39
45
46
53
54
58
P$1
P$2
P$1
P$2
P$2
AGND
GND
5
6
E
E
E
1
1
1
1
2
2
2
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
18
Sheet
PB4(MISO/PCINT4) 1
1
1
1
P$1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
*
*
*
*
*
*
*
*
*
none
none
none
none
none
none
none
none
none
*
*
*
*
*
*
*
*
*
55
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
TCC
U$1
X2
X3
X3
X3
X3
59
61
62
63
64
65
4
C5
2
3
4
5
GND
GND
GND
GND
GND
GND
H4
4
2
2
2
2
*
*
*
*
*
*
1
1
1
1
1
1
none
none
none
none
none
none
*
*
*
*
*
*
N$1
C2
IC1
Q1
1
10
1
P$1
1
PB7(XTAL2/TOSC2/PCINT7) 1
1
1
N$2
C1
IC1
Q1
2
9
2
P$2
1
PB6(XTAL1/TOSC1/PCINT6) 1
2
1
N$3
C3
IC1
R1
2
1
2
P$2
1
PC6(/RESET/PCINT14) 1
2
1
N$4
Q2
R3
R4
1
2
1
B
2
1
1
1
1
N$5
Q3
R5
R6
1
2
1
B
2
1
1
1
1
N$6
Q4
R7
R8
1
2
1
B
2
1
1
1
1
N$7
IC1
R11
6
2
PD4(T0/XCK/PCINT20) 1
2
1
N$8
Q4
R9
3
1
C
1
1
1
N$9
LED1
R9
C
2
C
2
1
1
N$10
R12
TCC
2
32
2
SIM_CLK
1
1
N$11
R13
TCC
2
31
2
SIM_DATA
1
1
N$12
TCC
X3
60
1
RF_ANT
1
1
1
N$13
R14
TCC
2
33
2
SIM_RST
1
1
N$14
LED2
R15
C
2
C
2
1
1
56
N$15
LED3
R16
C
2
C
2
1
1
NETLIGHT R7
TCC
1
52
1
NETLIGHT\
1
1
NRST
C4
Q3
TCC
2
3
16
P$2
C
NRESET
1
1
1
PWRKEY
Q2
TCC
3
1
C
PWRKEY
1
1
RST
C3
JP1
1
DTR
P$1
1
1
1
RX
IC1
JP1
2
RXI
PD0(RXD/PCINT16) 1
2
1
SIM_RX
R10
R11
TCC
2
1
10
2
1
RXD
SIM_TX
IC1
TCC
5
9
PD3(INT1/OC2B/PCINT19) 1
TXD
1
STATUS
IC1
TCC
24
66
PC1(ADC1/PCINT9) 1
STATUS
1
TX
IC1
JP1
3
TXO
PD1(TXD/PCINT17) 1
3
1
VBAT
IC1
IC1
IC1
JP1
LED1
R1
TCC
TCC
TCC
U$1
U$1
20
21
7
VCC
A
1
55
56
57
1
2
AVCC
AREF
VCC
4
A
1
VBAT
VBAT
VBAT
H1
SE-
1
1
1
1
1
1
* none *
* none *
* none *
1
1
VDD
C5
TCC
X2
1
30
C1
P$1
SIM_VDD
1
1
1
1
1
1
1
57
APENDICE B - PARTLIST
EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft
Assembly variant:
Part
Library
Value
Device
Package
CAP_CERAMIC0603
0603
CAP_CERAMIC0603
0603
CAP_CERAMIC0603
0603
CAP_CERAMIC0603
0603
CAP_CERAMIC0603
0603
CAP_CERAMIC0603
0603
ATMEGA48/88/168-PU
DIL28-3
FTDI_BASICPTH
FTDI_BASIC
LEDSML0603
SML0603
LEDSML0603
SML0603
LEDSML0603
SML0603
XTAL/S
QS
TRANSISTOR_NPNWIDE
SOT23-WIDE
TRANSISTOR_NPNWIDE
SOT23-WIDE
TRANSISTOR_NPNWIDE
SOT23-WIDE
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
Sheet
C1
22pf
microbuilder
1
C2
22pf
microbuilder
1
C3
104nf
microbuilder
1
C4
104nf
microbuilder
1
C5
104nf
microbuilder
1
C6
104nf
microbuilder
1
IC1
ATMEGA48/88/168-PU
atmega8
1
JP1
FTDI_BASICPTH
SparkFun-Connectors 1
LED1
led
1
LED2
led
1
LED3
led
1
Q1
16MHZ
special
1
Q2
microbuilder
1
Q3
microbuilder
1
Q4
microbuilder
1
R1
10K
rc-master-smd
1
R2
10K
rc-master-smd
1
R3
4K7
rc-master-smd
1
R4
47K
rc-master-smd
1
R5
4K7
rc-master-smd
1
R6
47K
rc-master-smd
1
R7
4K7
rc-master-smd
1
R8
47K
rc-master-smd
1
R9
330R
rc-master-smd
1
R10
10K
rc-master-smd
1
58
R11
10K
rc-master-smd
1
R12
22R
rc-master-smd
1
R13
22R
rc-master-smd
1
R14
22R
rc-master-smd
1
R15
330R
rc-master-smd
1
R16
330R
rc-master-smd
1
TCC
SIM900
sim900sid
1
U$1
TGS
trombettatcc
1
X2
SIMLOCK-C707_10M006_512_2
C707_10M006_512_2 con-amphenol
X3
LTI-SASF54GT
con-coax
1
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
R_0603
R0603
SIM900
SIM900
TGS
TO5A
SIMLOCK-C707_10M006_512_2
1
LTI-SASF54GT
LTI-SASF54GT
59
APENDICE C - PINLIST
Pinlist
Exported from TCC .sch at 07/11/13 18:12
EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft
Part
Pad
Pin
Dir
Net
C1
1
2
P$1
P$2
pas
pas
GND
N$2
C2
1
2
P$1
P$2
pas
pas
N$1
GND
C3
1
2
P$1
P$2
pas
pas
RST
N$3
C4
1
2
P$1
P$2
pas
pas
GND
NRST
C5
1
2
P$1
P$2
pas
pas
VDD
GND
C6
1
2
P$1
P$2
pas
pas
CARD_DATA
GND
IC1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
PC6(/RESET/PCINT14) io
N$3
PD0(RXD/PCINT16) io
RX
PD1(TXD/PCINT17) io
TX
PD2(INT0/PCINT18) io
*** unconnected ***
PD3(INT1/OC2B/PCINT19) io
SIM_TX
PD4(T0/XCK/PCINT20) io
N$7
VCC
pwr
VBAT
GND
pwr
GND
PB6(XTAL1/TOSC1/PCINT6) io
N$2
PB7(XTAL2/TOSC2/PCINT7) io
N$1
PD5(T1/OC0B/PCINT21) io
*** unconnected
12
PD6(AIN0/OC0A/PCINT22) io
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
PD7(AIN1/PCINT23) io
PB0(ICP1/CLKO/PCINT0) io
PB1(OC1A/PCINT1) io
PB2(SS/OC1B/PCINT2) io
PB3(MOSI/OC2A/PCINT3) io
PB4(MISO/PCINT4) io
PB5(SCK/PCINT5) io
AVCC
pas
VBAT
AREF
pas
VBAT
AGND
pwr
GND
PC0(ADC0/PCINT8) io
PC1(ADC1/PCINT9) io
PC2(ADC2/PCINT10) io
PC3(ADC3/PCINT11) io
PC4(ADC4/SDA/PCINT12) io
28
PC5(ADC5/SCLPCINT13) io
***
*** unconnected
***
D7
D8
*** unconnected ***
*** unconnected ***
ARD_NRST
ARD_PWRKEY
*** unconnected ***
ANALOG0
STATUS
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected
***
***
*** unconnected
60
JP1
CTS
DTR
GND
RXI
TXO
VCC
5
1
6
2
3
4
pas
pas
pas
pas
pas
pas
GND
RST
GND
RX
TX
VBAT
LED1
A
C
A
C
pas
pas
VBAT
N$9
LED2
A
C
A
C
pas
pas
D7
N$14
LED3
A
C
A
C
pas
pas
D8
N$15
Q1
1
2
1
2
pas
pas
N$1
N$2
Q2
1
2
3
B
E
C
pas
pas
pas
N$4
GND
PWRKEY
Q3
1
2
3
B
E
C
pas
pas
pas
N$5
GND
NRST
Q4
1
2
3
B
E
C
pas
pas
pas
N$6
GND
N$8
R1
1
2
1
2
pas
pas
VBAT
N$3
R2
1
2
1
2
pas
pas
GND
ANALOG0
R3
1
2
1
2
pas
pas
ARD_PWRKEY
N$4
R4
1
2
1
2
pas
pas
N$4
GND
R5
1
2
1
2
pas
pas
ARD_NRST
N$5
R6
1
2
1
2
pas
pas
N$5
GND
R7
1
2
1
2
pas
pas
NETLIGHT
N$6
R8
1
2
1
2
pas
pas
N$6
GND
R9
1
2
1
2
pas
pas
N$8
N$9
R10
1
2
1
2
pas
pas
GND
SIM_RX
61
R11
1
2
1
2
pas
pas
SIM_RX
N$7
R12
1
2
1
2
pas
pas
CARD_CLK
N$10
R13
1
2
1
2
pas
pas
CARD_DATA
N$11
R14
1
2
1
2
pas
pas
CARD_RST
N$13
R15
1
2
1
2
pas
pas
GND
N$14
R16
1
2
1
2
pas
pas
GND
N$15
TCC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
PWRKEY
io
PWRKEY_OUT io
DTR
io
RI
io
DCD
io
DSR
io
CTS
io
RTS
io
TXD
io
RXD
io
DISP_CLK
io
DISP_DATA io
DISP_D/C
io
DISP_CS
io
VDD_EXT
io
NRESET
io
GND
pwr
GND
pwr
MIC_P
io
MIC_N
io
SPK_P
io
SPK_N
io
LINEIN_R
io
LINEIN_L
io
ADC
io
VRTC
io
DBG_TXD
io
DBG_RXD
io
GND
pwr
SIM_VDD
io
SIM_DATA
io
SIM_CLK
io
SIM_RST
io
SIM_PRESENCE io
PWM1
io
PWM2
io
SDA
io
SCL
io
GND
pwr
GPIO1/KBR4 io
GPIO2/KBR3 io
GPIO3/KBR2 io
GPIO4/KBR1 io
PWRKEY
***
***
***
***
***
***
***
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
***
***
***
***
***
***
***
***
***
***
SIM_TX
SIM_RX
NRST
GND
GND
GND
VDD
N$11
N$10
N$13
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
GND
***
***
***
***
unconnected
unconnected
unconnected
unconnected
***
***
***
***
62
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
GPIO5/KBR0 io
GND
pwr
GND
pwr
GPIO6/KBC4 io
GPIO7/KBC3 io
GPIO8/KBC2 io
GPIO9/KBC1 io
GPIO10/KBC0 io
NETLIGHT\ io
GND
pwr
GND
pwr
VBAT
pwr
VBAT
pwr
VBAT
pwr
GND
pwr
GND
pwr
RF_ANT
io
GND
pwr
GND
pwr
GND
pwr
GND
pwr
GND
pwr
STATUS
io
GPIO11
io
GPIO12
io
U$1
1
2
3
4
H1
SESE+
H4
io
io
io
io
VBAT
VBAT
ANALOG0
GND
X2
C1
C2
C3
C5
C6
C7
1
2
3
4
5
6
pas
pas
pas
pas
pas
pas
VDD
CARD_RST
CARD_CLK
GND
1
2
3
4
5
1
2
2
2
2
pas
pas
pas
pas
pas
N$12
GND
GND
GND
GND
X3
*** unconnected ***
GND
GND
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
NETLIGHT
GND
GND
VBAT
VBAT
VBAT
GND
GND
N$12
GND
GND
GND
GND
GND
STATUS
*** unconnected ***
*** unconnected ***
*** unconnected ***
CARD_DATA
63
ANEXOS
64
ANEXO A – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO SENSOR
65
66
ANEXO B – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO MICROCONTROLADOR
67
68
69
70
71
72
73
ANEXO C – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO MÓDULO GPRS
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88