SISTEMA DE MONITORAMENTO COM SINALIZAÇÃO REMOTA DE EVENTOS
Ricardo Ferreira, José Ricardo Abalde Guede
Universidade do Vale do Paraíba/Departamento de Engenharia Elétrica, Av. Shishima Hifumi, 2911 Urbanova - São José dos Campos - SP, 12244-000, e-mail: [email protected], [email protected]
Resumo- Este artigo apresenta o estudo de um sistema eletrônico de monitoramento e controle remoto,
que utiliza como interface homem/máquina um aparelho de telefone celular comum. O sistema de controle e
monitoramento utiliza na sua concepção básica um modem GSM (global system mobile) e um micro
controlador da família PIC16F87X pré-programado para executar rotinas de automação. Os comandos entre
as duas máquinas (celular e unidade de controle) são efetuados por mensagens de texto SMS (short
message service) através da rede GSM. O projeto prevê ainda o uso de circuitos de entrada e saída
galvanicamente isolados, alimentados por bateria reserva, permitindo acoplar a unidade de controle a um
sistema de alarme já pré-existente, seja ele residencial, automotivo ou mesmo industrial. Na conclusão do
trabalho é esperado um protótipo plenamente funcional com capacidade de sinalizar eventos à distância de
forma simples e confiável.
Palavras-chave: SMS, automação, alarme, controle, celular, remoto.
Área do Conhecimento: III Engenharias
Introdução
Com a expansão do uso dos telefones
celulares no final da década de 90, estes
equipamentos para comunicação móvel passaram
a fazer parte do cotidiano de grande parte da
população. No decorrer dos anos, com as novas
gerações de tecnologia surgindo, diversas
funcionalidades e serviços foram agregados ao
equipamento, tornando-o não só um dispositivo de
telefonia, mas também um centro eletrônico de
entretenimento e utilidade. O envio de mensagens
curtas de texto, digitadas diretamente no teclado,
é uma delas. Este sistema, conhecido como SMS
(short message service), permite aos usuários a
troca de mensagens de texto com até 160
caracteres, através da rede GSM.
Dentre as principais características dos
celulares estão à mobilidade e os dispositivos de
entrada e saída, que permitem ao usuário interagir
de forma simples e eficiente, mesmo quando se
trata de digitação de textos em um reduzido
teclado de formato numérico. Estas características
tornam o aparelho celular uma interface
interessante para sistemas de controle que
requeiram entrada de comandos assim como
monitoração remota de eventos.
O uso de uma sequência de caracteres de
texto para o envio de comandos não é algo
recente, já tendo sido abordada por diversos
autores. A arquitetura de comando GSM-SMS já
foi aplicada com sucesso usando um circuito
modular do fabricante Wavecom há alguns anos
atrás (ELALLALI, 2003). O uso de comandos AT
(ETSI, 1999) nestas mensagens de texto (BERG;
GROPPE, 2002) é uma das características
observadas
em
praticamente
todas
as
configurações pesquisadas. Normalmente buscase adaptar um modelo de celular existente no
mercado a uma determinada família de
processadores. Alguns exemplos desta aplicação
utilizando
os
processadores
da
Atmel
(ISTIYANTO; ALROSYID, 2005) ou com o "8751"
da Intel (SEIXAS; PALMA, 2005) podem ser
facilmente encontradas na literatura disponível.
Nesta nova abordagem o controle da unidade
será feito por um micro controlador 16F876A
(MICROCHIP, 2001) que poderá comandar até
quatro saídas de potência de acordo com
comandos de texto recebidos de um aparelho
celular remoto. Quatro entradas digitais também
foram incluídas no circuito de controle para
permitir a monitoração de eventos. A figura 1
mostra um diagrama em blocos simplificado dos
principais componentes do sistema, onde é
possível verificar a interface RS-232 (MAXIM,
2006), responsável pela adequação do nível de
sinal entre o modem e o controlador.
ENTRADA
DIGITAL
PIC16F876
SAÍDA
DIGITAL
3
6
2
9
5
1
#
8
4
0
7
*
FONTE
BATERIA
REDE
GSM
CELULAR
RS-232
MODEM
GSM
Figura 1 – Diagrama em blocos
XIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
1
Material e Métodos
SMS (Short Message Service) é um sistema de
transferência de dados que utiliza um servidor
central (SMSC) para redistribuir as mensagens
recebidas aos seus destinatários finais. O sistema
de envio, dependendo da operadora de serviço,
poderá operar em um dos dois modos
relacionados abaixo:
- armazenar-e-enviar (store-and-forward)
- enviar-e-esquecer (forward-and-forget)
Sendo que, para o segundo caso, o servidor
não tentará o re-envio da mensagem no caso de
ocorrer alguma falha.
Outra característica do sistema SMS é que o
serviço não atua em tempo real, sendo assim,
susceptível a atrasos na entrega dos pacotes de
dados, normalmente devido à sobrecarga de
atividades no servidor central em um determinado
período de tempo. Em datas comemorativas é
possível ocorrer atrasos significativos, o que limita
o uso deste sistema nas aplicações onde a
resposta em tempo real é um requisito mandatório.
O servidor central SMSC (Short Message
Service Center) envia pacotes de dados contendo
até 140 octetos (codificação em oito bits) que
limita também o número de caracteres de texto
que podem ser transmitidos. Considerando que a
codificação utilizada nos caracteres é a de sete
bits, o número máximo possível de caracteres em
uma transmissão SMS será de 160.
suportar GPRS (General packet radio service)
classe 10.
As bandas de freqüência de operação podem
ser selecionadas através de comandos AT
enviados ao modem e apresentam potência de
transmissão de 2 W (classe 4) para as freqüências
de EGSM 900 / GSM 800 e 1 W (classe 1) para as
freqüências DSC 1800 e PCS 1900.
O modem possui capacidade para transmitir
mensagens SMS nos modos texto ou PDU
(Protocol Data Unit), sendo que neste estudo a
opção pelo modo texto foi adotada por simplificar o
manuseio dos dados gerados ou recebidos pela
unidade de monitoramento.
O controle do modem é efetuado por um
conjunto estendido de comandos AT que
originalmente foram desenvolvidos pela empresa
HAYES Communications no final dos anos 70,
tornando-se no decorrer dos anos um padrão de
comunicação entre dispositivos DCE (Data
Communication Equipment) / DTE (Data Terminal
Equipment).
A figura 2 mostra o modem utilizado nesta
aplicação, com o cabo de alimentação e antena já
conectadas ao dispositivo.
(140 x 8) / 7 = 160 caracteres
Atualmente o serviço de mensagens curtas de
texto é oferecido pela maioria das operadoras de
telefonia celular, o que possibilita uma ampla área
de cobertura.
Aplicações como:
- Monitoramento e controle ambiental;
- Estação de tratamento de água;
- Irrigação;
- Automação residencial;
- Alarme automotivo;
- Manutenção e diagnóstico remoto, podem ser
facilmente adaptados a esta tecnologia.
Neste trabalho o sistema esta configurado para
operar como unidade de monitoramento e controle
remoto
utilizando
como
dispositivo
de
comunicação um modem GSM/GPRS, com quatro
bandas de transmissão (Quad Band) com
possibilidade de atender ao mercado global nas
freqüências GSM 850 MHz, EGSM 900 MHz, DCS
1800 MHz, PCS 1900 MHz e com capacidade de
Figura 2 – Modem GSM/GPRS (TATO
Equipamentos Eletrônicos)
Os comandos AT são enviados ao modem
GSM através de um micro controlador
PIC16F876A, operando em 10 MHz. Este
componente foi selecionado não só pela
disponibilidade local, mas também por possuir em
um único componente todos os periféricos
necessários para esta aplicação. Dentre as suas
características principais podemos citar:
- Memória de programa flash com 8k x 14
palavras;
- Memória de dados (RAM) com 368 x 8 bytes;
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- Memória de dados EEPROM com 256 x 8
bytes;
- Cinco entradas analógicas com conversão
A/D de 10 bits;
- Dois comparadores e
- Vinte e dois pinos de entrada ou saída.
Para completar a interface com o modem GSM,
o micro controlador utiliza um circuito integrado
MAX232 capaz de gerar e receber níveis de
tensão compatíveis com a norma TIA/EIA 232F
(TEXAS, 2002), transformando estes valores em
sinais digitais compatíveis com a alimentação de
cinco volts do PIC16F876A.
Toda a comunicação de dados é efetuada em
uma velocidade de 9600 bps, oito bits, sem
paridade com um bit de parada. A configuração da
USART
do
micro
controlador
será
automaticamente detectada pelo modem durante a
inicialização do circuito. Os comandos AT
utilizados no projeto estão documentados nas
normas da ETSI (European Telecommunications
Standards Institute), que descreve em detalhes a
sua utilização. Apesar do grande número de
comandos disponíveis para este modem, somente
cerca de cinco comandos serão efetivamente
usados durante o funcionamento do sistema.
O exemplo a seguir mostra a seqüência de
comandos para comutar o relé de saída número 2.
AT+CMGF=1
AT+CMGS=”+551291919191”
>DADD^Z
Na figura 3 é apresentado o diagrama elétrico
da unidade de controle com os seus principais
componentes
1µF
+5V
2
V+
1
6
2
7
3
8
4
9
5
DSR
RXD
RTS
TXD
CTS
DTR
GND
1
3
7
1µF
13
8
14
1
16
Vcc
20
C1+
0.1µF
C1T2OUT
R1OUT
R2IN
R2OUT
T1OUT
10
T2IN
R1IN
T1IN
1µF
23
9
18
11
22
1µF
10k
TX/CK/RC6
RB2
RX/DT/RC7 MCLR/Vpp
RB1
+12V
Mensagem
enviada
Mensagem
recebida
DDADAAAA
DDADDDDA
Ativa a SAÍDA 3 e
todas as ENTRADAS
SAÍDA 3 Ativa e
ENTRADA 4 Acionada
Figura 4 – Exemplo de mensagens
Quatro saídas à relé que integram o módulo
permitem o comando de cargas a distância
através de mensagens de comando recebidas de
um celular remoto com até oito caracteres. Neste
caso, as letras A e D serão utilizadas de forma
similar a anterior e a letra X representará a
condição de “sem alteração”.
A figura 5 mostra o aplicativo para configuração
do micro controlador. Este aplicativo roda em
ambiente Windows sendo utilizado para gravação
dos números de assinante, tanto para a unidade
remota como para o telefone celular de comando.
Saída1+
1
NA
C
+12V
MAX232
15
GND
9
V-
RC1
RC2
RC3
Entrada1+
5
11
1
12
2
13
3
14
4
IN1
OUT1
IN2
OUT2
IN3
OUT3
IN4
OUT4
16
15
4X
14
13
+12V
PIC16F876A
22k
CNY17
NF
COM
RC0
1µF
1
O equipamento foi projetado para enviar
mensagens de texto sempre que uma das suas
quatro entradas é acionada. Todas as entradas
possuem acopladores óticos que proporcionam
total isolação do dispositivo em relação ao
equipamento monitorado. O status das quatro
entradas e a condição dos canais de saída será
enviado em uma única mensagem de oito
caracteres, formada pelas letras “A” e “D”,
indicando a condição lógica do sistema, Ativado
ou Desativado, como mostra o exemplo na figura 4
a seguir.
C2-
6
1k
Resultados
21
RB0/INT
C2+
3
0.1µF
VDD
17
12
utilização do equipamento de modo totalmente
autônomo.
25
Saída4+
NA
ULN2003
RB4
C
GND
Entrada16
2
26
8
RB5
NF
4X
27
Entrada4+
1k
1
RB6
22k
CNY17
5
RA1
28
Vbateria
RB7
Entrada4-
RB3
2
6
OSC2/CLKOUT
24
10
9
8
19
VSS
VSS
10MHz
OSC1/CLKIN
PROG
15pF
NORMAL
15pF
Figura 2 – Diagrama elétrico
Um conjunto de bateria do tipo gel selada para
backup da alimentação convencional irá permitir a
Figura 5 – Aplicativo para configuração
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IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
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Discussão
Durante o levantamento das referências para
este trabalho constatou-se que este sistema já é
amplamente utilizado na área industrial, em
aplicações
de
controle
mais
complexas.
Normalmente, os equipamentos são fornecidos
por empresas de grande porte e apresentam um
custo relativamente alto.
Outro ponto também identificado refere-se ao
custo do uso desta tecnologia. Aplicações que
demandam grande fluxo de dados são taxadas
para cada evento, o que poderá tornar inviável o
seu uso devido ao alto custo operacional. Sendo
assim, sistemas de alarme com baixa geração de
ocorrência são aqueles que se enquadram melhor
neste sistema de monitoramento.
O custo médio para o envio de uma mensagem
SMS no Brasil é cerca de dez vezes ao praticado
no exterior. Os pacotes promocionais oferecidos
pelas operadoras reduzem esta diferença em
alguns momentos, mas não garantem consistência
no preço praticado ao longo do tempo. De acordo
com artigo publicado no site da InfoMoney, os
valores médios praticados no Brasil estão entre R$
0,30 a R$ 0,50. A tabela 1 apresenta dados
comparativos dos valores praticados pelas três
principais operadoras da região.
Tabela 1- Valores cobrados por SMS em Reais
Operadora
SMS Pacote
SMS Avulso
A
0,15 a 0,25
0,39
B
0,14 a 0,20
0,30
C
0,15 a 0,26
0,35
Conclusão
Os testes iniciais foram efetuados em um
computador PC, simulando os comandos AT
previstos para o PIC16F876A. Os resultados
obtidos foram satisfatórios, mas as rotinas de
comando para uso no micro controlador ainda não
estão totalmente finalizadas e testadas. É
esperada nesta fase final do desenvolvimento uma
maior dedicação na conclusão do hardware e
software da unidade de controle, conforme o
planejamento inicial para este estudo.
Apesar de apresentar uma concepção simples,
o desenvolvimento deste módulo permitiu rever
vários conceitos e tecnologias na área de
engenharia. O micro controlador é hoje parte
integrante da maioria dos equipamentos e o seu
domínio passou a ser um requisito básico para os
profissionais na área de eletrônica e elétrica.
Embora a unidade não esteja concluída já foi
possível identificar qual o mercado e tipo de
aplicação
poderá
usufruir
melhor
das
características deste sistema de monitoramento,
tais como mobilidade, área de cobertura e custo
operacional.
Referências
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telefone celular – Parte I. Revista ELEKTOR
Eletrônica & Informática, São Paulo, ano 1, n. 11,
p. 7-11, 2002.
- BERG, B. V.; GROPPE, P. Controle remoto por
telefone celular – Parte II. Revista ELEKTOR
Eletrônica & Informática, São Paulo, ano 1, n. 12,
p. 11-16, 2002
- ETSI Digital cellular telecommunications system
(Phase 2+); Use of Data Terminal Equipment Data Circuit terminating; Equipment (DTE - DCE)
interface for Short Message Service (SMS) and
Cell Broadcast Service (CBS) (GSM 07.05 version
5.5.0), European Telecommunications Standards
Institute, 1998
- ETSI TS 100 916 V7.4.0. Digital cellular
telecommunications system (Phase 2+); AT
command set for GSM Mobile Equipment (ME)
(GSM 07.07 version 7.4.0 Release 1998),
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Institute, 1999.
- ELALLALI, A. Comutação através de mensagens
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São Paulo, ano 2, n. 18, p. 8-15, 2003.
- ISTIYANTO, J.E.; ALROSYID. A prototype of a
device control and alarm monitor system based on
the GSM short message service and the AVR
AT90S2313 microcontroller, Proceedings of
Telematics Systems Services and Applications,
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- MAXIM Integrated Products. Data Sheet +5VPowered, Multichannel RS-232 Drivers/ Receivers,
2006.
- MICROCHIP Technology Inc., PIC16F87X Data
Sheet,
28/40-pin
8-Bit
CMOS
FLASH
microcontroller, 2001.
- SEIXAS, M; PALMA, J. Remote alarm command
system for residential domotics through GSMSMS, Proceeding of the ninth Spanish Portuguese
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Spain, 2005.
- TEXAS Instruments, Interface
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IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
Circuits
for
4