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UNIVERSIDADE POSITIVO

NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

CONTROLADOR DE SEMÁFORO, CONTROLADO E

RECONFIGURADO ATRAVÉS DE SISTEMA SEM FIO

Nome do Autor Fernando de Souza

Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof. Valfredo Pila Jr.

UP/NCET Curitiba

2008

TERMO DE APROVAÇÃO

Fernando de Souza

Controlador de semáforo, controlado e reconfigurado através de sistema sem fio (GPRS) Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação

da Universidade Positivo, pela seguinte banca examinadora:

Prof. Valfredo Pilla Jr (Orientador) Prof. José Carlos da Cunha Prof. Maristela Regina Weinfurter

Curitiba, 8 de dezembro de 2008

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AGRADECIMENTOS A Deus, o que seria de mim sem a fé que eu tenho nele. Aos meus pais, irmãos, minha esposa Franciele Fernanda e a toda minha família que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida. Ao professor Valfredo Pilla pela paciência na orientação e incentivo que tornaram possível a conclusão deste trabalho. Ao apoio recebido pela empresa Consilux Tecnologia, a qual cedeu sua estrutura de equipamentos, laboratórios e tempo cedido para o desenvolvimento do projeto, representada pelo diretor presidente Sr. Aldo Vendramin e diretor industrial Diego Fernando Hoffmann. Agradecemos também a toda equipe de funcionários da empresa pelo auxílio técnico prestado. Finalmente, mas não menos importante, amigos, colegas e professores, além de outras pessoas que se envolveram e contribuíram de alguma forma, direta ou indireta, para realização deste projeto.

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RESUMO

Este trabalho trata-se do projeto de um sistema de controle semafórico similar aos existentes atualmente no mercado, no entanto, oferecendo algumas vantagens aos consumidores finais em termos de facilidade de operação. O sistema é planejado e implementado de forma a apresentar grande flexibilidade, permitindo alterações futuras de acordo com as necessidades específicas de cada cliente e de acordo com o avanço tecnológico. Em sua grande maioria, os controladores de tráfego atualmente em utilização, operam de forma isolada, ou seja, sem conexão com demais controladores ou com uma central de controle. Para estes controladores, a sincronização dos ciclos de “verde” em uma mesma via torna-se uma tarefa bastante difícil e pouco confiável, pois, apesar de toda a programação ser manual, dificilmente o relógio de cada controlador funcionará completamente sincronizado com os dos demais, fazendo com que a sincronização dos “verdes” acabe se perdendo. Com todos estes problemas foi feito um estudo sobre o que existe no mercado atual. Ao pensar em criar recursos inovadores no sistema de controlador de semáforo, foi realizada uma visita às dependências do CTA (Central de trânsito de área) do município de Curitiba – PR situada na sede da DIRETRAN/URBS. Durante esta visita foi apresentada toda a estrutura semafórica existente no município de Curitiba. Com esta visita notou-se que o controlador deve possibilitar conexão com central de controle, enviando dados de fluxo de veículos e recebendo comandos remotos. É ai que entra o diferencial do projeto, pois a conexão com a central que normalmente é realizada através de linhas físicas será uma conexão sem fio facilitando a instalação de semáforos “on-line” em mais pontos das grandes cidades.

Palavras chave:

Semáforo, Sem fio, Semáforo on-line.

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DRIVER OF LIGHTS, TRACKED AND RECONFIGURE VIA WIRE LESS SYSTEM

ABSTRACT This dissertation is about a traffic light controller similar to the existent ones on the market, although it offers some advantages for the final customers such as easy operation and intelligent communication and mutual coordination. The system has been planned and implemented with flexibility in mind, allowing future changes in respect to the specific needs of each client and technological advance. Most of the traffic light controllers nowadays are operating in a standalone model, in other words, they don't communicate with other traffic light controllers, neither to a central unit. For this controllers, the synchronization of the green cycles on the same street becomes a very hard task to be accomplished. With all this issues in mind, a market study was made to discover what are the options available today. Visits to the CTA (Central de trânsito de área-Central transit area) located at Curitiba - PR Diretran/URBS have become necessary to aid the creation of an innovative traffic light controller system. During the visits, much of the structure was presented and it flaws were evident. For an intelligent system to work properly, it must have a connection to a central controller, sending its traffic data and receiving remote commands, and those ideas are the innovative part of this project, because it allows the system to communicate in a wireless manner, differing it of the controllers available. Because of its wireless nature, it allows easy deployment and connectivity across the big cities improving traffic controlling and flow on the modern metropolis.

Key words:

Semaphore, Wireless, Semaphore online.

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SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................... 11

LISTA DE TABELAS .................................................................................................................. 13

LISTA DE SIGLAS ...................................................................................................................... 15

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................. 17

CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................... 19

CONCEITOS BÁSICOS ........................................................................................................... 19 FORMAS DE CONTROLE DE TRÁFEGO ............................................................................. 26 O CONTROLADOR DE TRÁFEGO ........................................................................................ 27 CRITÉRIOS PARA INSTALAÇÃO DE SEMÁFOROS ......................................................... 28

CAPÍTULO 3 - ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ..................................................................... 33

CONCEPÇÃO DO SISTEMA .................................................................................................. 33 PESQUISA DIRETRAN/URBS ................................................................................................ 33 REQUISITOS MÍNIMOS DO SISTEMA ................................................................................. 33 ESPECIFICAÇÕES ................................................................................................................... 35 DIAGRAMA MACRO DO SISTEMA ..................................................................................... 35

CAPÍTULO 4 - PROJETO ............................................................................................................ 39

PROJETO DO HARDWARE .................................................................................................... 39 PROJETO DO FIRMWARE ..................................................................................................... 46 SOFTWARE DA CENTRAL .................................................................................................... 55 TESTES PARA O PROJETO .................................................................................................... 56

CAPÍTULO 5 - VALIDAÇÃO E RESULTADOS....................................................................... 59

1. Teste do Módulo do Grupo Focal. ................................................................................... 59 2. Teste do Firmware. .......................................................................................................... 60 3. Módulo de Ligação do Kit Desenvolvimento com os Grupos Focais ............................. 61 4. Teste do Software ............................................................................................................ 61 5. Maquete ............................................................................................................................ 61 6. Testes Gerais (Sistema completo) .................................................................................... 62 7. Rádios e antenas ............................................................................................................... 62

CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO .................................................................................................... 65

PLANO DEFINIDO PARA SIMULAÇÃO .............................................................................. 65 MODIFICAÇÕES FUTURAS .................................................................................................. 65 DIFICULDADES ENCONTRADAS ........................................................................................ 66

CAPÍTULO 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 69

ANEXO A – ARTIGO CIENTÍFICO ........................................................................................... 71

ANEXO B – MANUAL ................................................................................................................ 79

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Diagrama de tempos .................................................................................................. 20 Figura 2.2 - Diagrama de estágios ................................................................................................. 21 Figura 2.3 - Cruzamento entre duas vias de mão dupla ................................................................ 21 Figura 2.4 - Estágios possíveis para controle das vias com continuidade de conversão à direita . 22 Figura 2.5 - Diagrama de tempos proposto para a estratégia de controle proposta ...................... 23 Figura 2.6 - Diagrama de estágios para o controle do cruzamento usando dois estágios ............. 24 Figura 2.7 - Diagrama de tempos para controle utilizando dois estágios ..................................... 24 Figura 2.8 - Taxa de descarga da fila em períodos verdes totalmente saturados. ......................... 25 Figura 2.9 - Intersecção ................................................................................................................. 29 Figura 2.10 – Intersecção modificada ........................................................................................... 30 Figura 3.1 - Diagrama ilustrativo apresentando estrutura macro de um controlador de tráfego. .. 36 Figura 3.2 - Diagrama da estrutura macro do controlador de semáforo referente a este projeto .. 37 Figura 3.3 – Diagrama da estrutura macro do controlador de semáforo referente a este projeto . 38 Figura 3.4 – Diagrama da estrutura macro da CPU do controlador de semáforo ......................... 38 Figura 4.1 - Diagrama esquemático do Grupo Focal .................................................................... 39 Figura 4.2 - Diagrama esquemático da placa PCB do Grupo Focal ............................................. 41 Figura 4.3 - Imagem 3D da placa PCB do Grupo Focal ............................................................... 41 Figura 4.4 - Diagrama esquemático Kit Desenvolvimento C8051F310 ....................................... 42 Figura 4.5 - Diagrama esquemático de ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 para a

backplane e leitura dos sensores (botoeiras e sensores de solo) ............................................. 43 Figura 4.6 - Diagrama esquemático da placa PCB de ligação do Kit Desenvolvimento

C8051F310 para a backplane e leitura dos sensores (botoeiras e sensores de solo) .............. 44 Figura 4.7 - Imagem 3D da placa PCB do de ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 com

as placas de Grupo Focal ........................................................................................................ 45 Figura 4.8 - Fluxograma do módulo do Firmware, Relógio ......................................................... 46 Figura 4.9 - Fluxograma do módulo do Firmware, Timer ............................................................ 47 Figura 4.10 - Fluxograma do módulo do Firmware, Lâmpada Queimada ................................... 48 Figura 4.11 - Fluxograma do módulo do Firmware, Verde Conflitante ....................................... 49 Figura 4.12 - Fluxograma do módulo do Firmware, Sensores ..................................................... 50 Figura 4.13 - Fluxograma do módulo do Firmware, Contador de Veículos ................................. 51 Figura 4.14 - Fluxograma do módulo do Firmware, envio e recebimento dos dados .................. 52 Figura 4.15 - Fluxograma do módulo do Firmware, Amarelo Piscante ....................................... 53 Figura 4.16 - Fluxograma do módulo do Firmware, Execução de Planos .................................... 54 Figura 4.17 - Tela de equipamentos .............................................................................................. 55 Figura 4.18 - Tela de visualização de um controlador de semáforo que está on-line ................... 55 Figura 5.1 - Placa PCB do Grupo Focal confeccionada e montada .............................................. 59 Figura 5.2 – Placa para os testes das placas dos Grupos Focais ................................................... 60 Figura 5.3 – Maquete para simulação do sistema semafórico ....................................................... 62 Figura 5.4 - Antenas montadas para simulação em maquete. ....................................................... 63 Figura 6.1 - Placas PCB do Grupo Focal interligadas com o Kit Desenvolvimento .................... 65 Figura 6.2 - Comparativo da placa do projeto com a placa real .................................................... 66 Figura 6.3 – Trilha por cima da placa, ligada ao componente, que esta visível. ........................... 67 Figura 6.4 – Trilha por cima da placa, ligada ao componente, que esta por baixo do componente.

................................................................................................................................................ 67 Figura 6.5 – Solda realizada por baixo do componente ................................................................ 67

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Movimentos conflitantes ........................................................................................... 22 Tabela 2.2 – Tabela movimentos x estágios ................................................................................. 23 Tabela 2.3 – Tabela movimentos dois estágios ............................................................................. 24 Tabela 2.4 – Volumes veiculares mínimos ................................................................................... 28 Tabela 2.5 - Fatores de Equivalência (em Unidades de Carros de Passeio – UCP) ...................... 28 Tabela 2.6 - – Volumes equivalentes mínimos ............................................................................. 29 Tabela 3.1 - Tabela de estados do Grupo Focal, barramento S[0..1] ............................................ 40 Tabela 3.2 - Pinagem do Barramento do Grupo Focal .................................................................. 40 Tabela 3.3 - Componentes utilizados no Grupo Focal .................................................................. 40 Tabela 3.4 - Tabela de expansão dos conectores de entrada e saída do kit C8051F310 ............... 42 Tabela 3.5 – Componentes da placa de conexão da BackPlane e Kit C8051F310-DK ................ 43 Tabela 3.6 - Pinagem BackPlane e Kit C8051F310-DK ............................................................... 44 Tabela 5.1 – Melhor plano encontrado para a simulação .............................................................. 65

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LISTA DE SIGLAS

NCET- Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas UP – Universidade Positivo DENATRAN – Departamento Nacional de Trânsito GSM – Global System for Mobile Communications GPRS – General Packet Radio Service Wireless – (Sem Fio) é uma tecnologia capaz de unir terminais eletrônicos, geralmente computadores, entre si devido às ondas de rádio ou infravermelho, sem necessidade de utilizar cabos de conexão entre eles. PROTEUS – (Proteus Virtual System Modelling) – Software que combina simulação de circuito em modo SPICE, componentes animados e modelos de microcontroladores, com o objetivo de facilitar a co-simulação de projetos completos. Com uma interface amigável, proporciona uma alta qualidade na Captura de Esquemático (software ISIS) e no Layout de PCB (software ARES) para tradicionais projetos auxiliados por computador (CAD). protoboard – (Matriz de Contatos) é uma placa com milhares de furos e conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais. A grande vantagem do protoboard na montagem de circuitos eletrônicos é a facilidade de inserção de componentes, uma vez que não necessita soldagem. PCB - Do inglês "Printed Circuit Board", tradução: Circuito impresso

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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

O problema da saturação das vias urbanas das grandes cidades mundiais é cada vez maior (MÜLLER e JESUS, 2005). Praticamente todas as pessoas que vivem em cidades uma vez ao dia irão enfrentar o trânsito. O tráfego veicular caótico em algumas grandes capitais está chegando a um patamar que surpreende as previsões mais pessimistas. As implicações disso são inúmeras, tais como emissão de gases poluentes nocivos aos seres vivos e à camada de ozônio, perda desnecessária de tempo em trajetos curtos e stress dos motoristas são alguns exemplos. Atualmente são poucas empresas que atuam na área de controle semafórico no território brasileiro, sendo que os equipamentos oferecidos por estas são, em sua maioria, bastante simples (HOFFMANN e SOUZA, 2005). Poucas cidades brasileiras possuem sistema semafórico interligado, isso compromete uma eficiência ótima no fluxo de veículos e conseqüentemente, acarreta maior perda de tempo e maior consumo de combustível. O principal objetivo é desenvolver um sistema de controle semafórico similar aos existentes atualmente no mercado, no entanto, oferecendo algumas vantagens aos consumidores finais em termos de facilidade de operação. O sistema é planejado e implementado de forma a apresentar grande flexibilidade, permitindo alterações futuras de acordo com as necessidades específicas de cada cliente e de acordo com o avanço tecnológico. Neste documento serão também apresentadas todas as dificuldades encontradas durante o desenvolvimento, bem como as soluções encontradas. Para uma melhor apresentação final é montada uma maquete capaz de permitir a visualização e melhor entendimento de todo o sistema integrado.

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CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

De acordo com o Manual de Semáforos do DENATRAN/CONTRAN/MINISTÉRIO DA JUSTIÇA (DENATRAN-CET,1978), em cidades grandes, 50% dos tempos de viagens e 30% do consumo de gasolina são gastos com os carros parados nos cruzamentos com semáforos. Num semáforo de porte médio, por onde passam em média 2.000 veículos por hora, perde-se, anualmente, em atrasos, aproximadamente, 40.000 horas. O Professor Hugo Pietrantonio da Universidade de São Paulo (USP), (HOFFMANN e SOUZA, 2005) realizou estudos sobre atrasos verificados em semáforos e obteve algumas conclusões, adiante expostas. O semáforo afeta somente os veículos que são detidos durante o período de vermelho. Além da desaceleração e aceleração, existe um tempo gasto na fila de espera junto ao semáforo durante o tempo de vermelho (este é um atraso parado). Com reserva de capacidade, a proporção de veículos que pára é proporcional à taxa de vermelho que o semáforo aloca para o fluxo analisado. Sem interferência do fluxo de tráfego, o tempo médio parado seria cerca de metade da duração do vermelho (a coordenação semafórica permite reduzir tanto a proporção de veículos que pára quanto o tempo médio em fila por parada para uma mesma programação de cada semáforo). Este é um termo de atraso de controle (que ocorre mesmo em condições de tráfego leve) e é um atraso parado. Em situações de tráfego normal, este tempo de espera no vermelho é acrescido do tempo necessário para mover a fila adiante de cada veículo, o que é um atraso de congestionamento porque depende do número de veículos que chegaram (é também um atraso parado). Em situações de tráfego intenso, quase a totalidade do fluxo pára nos semáforos porque não é possível passar no mesmo ciclo em que se chega. Também, o tempo parado em fila é maior porque não corresponde somente à espera durante o vermelho do ciclo em que o veículo chegou. No caso sugerido, o atraso em marcha pode ser avaliado de forma semelhante àquela utilizada para os redutores de velocidade, com a diferença que a velocidade é reduzida até a parada total e que apenas uma proporção dos veículos parará no semáforo (admitindo condições de tráfego leve). Para as vias arteriais, admitindo inicialmente a não existência de semáforos (ou outras interferências) e adotando a desaceleração e aceleração a partir da velocidade de projeto (com os valores normais adotados, a=10 km/h.s), a manobra representa um acréscimo de 12 segundos no tempo de viagem. Com a espera média na parada igual a 15 segundos (ambos apenas para os veículos detidos), o atraso médio é de 27 segundos por parada. Neste caso, a área de influência direta do semáforo é de cerca de 267 metros (extensão de desaceleração e aceleração), em que a velocidade média é de 24, 6 km/h (seria ainda menor, se o espaçamento entre semáforos fosse inferior a área de influência direta, visto que neste caso a velocidade de 80 km/h não seria atingida).

CONCEITOS BÁSICOS

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O semáforo é um dispositivo de controle de tráfego que, através de indicações, luminosas transmitidas para motoristas e pedestres, alterna o direito de passagem de veículos e/ou pedestres em interseções de duas ou mais vias. Compõe-se de focos luminosos afixados em grupos ao lado da via ou suspensos sobre ela, através de elementos de sustentação (postes) são conhecidos como grupos focais. Movimentos conflitantes são dois ou mais movimentos que se cruzam numa interseção. Movimentos convergentes são aqueles que possuem origens diferentes e mesmo destino. Movimentos divergentes são aqueles que possuem destinos diferentes e mesma origem. Aproximações do cruzamento são os trechos de via que convergem para a interseção. Fase de um semáforo é a seqüência de indicação de cores de um semáforo (verde, amarelo, vermelho e, novamente, verde). Ciclo de um semáforo é o tempo total, em segundos, para a completa seqüência de sinalização numa interseção. Estágio ou intervalo é um dos vários períodos de tempo dentro do ciclo. Um sistema de “controle de tráfego atuado” permite o controle dinâmico dos tempos de sinais de cada fase, incluindo as designadas para pedestres de acordo com a demanda necessária. Período entreverdes é o tempo decorrido entre o fim do verde de uma fase, que está perdendo o direito de passagem, e o início de outra, que o está ganhando. Esse período pode ser igual ao tempo do amarelo, ou o tempo do amarelo mais o vermelho geral (vermelho de limpeza do cruzamento). Diagrama de estágios é uma representação esquemática da seqüência de movimentos permitidos e proibidos para cada intervalo do ciclo. Diagrama de tempos é um diagrama que associa os instantes de mudança dos estágios com a seqüência de cores e duração das fases. Os planos para semáforos são as tabelas de tempos de duração para cada fase e ciclo de cada grupo semafórico. São estudados e implementados visando minimizar as saturações de tráfego nos cruzamentos. Podem ser selecionados para atuar de maneira convencional, ou seja, tempos de atuação de cada plano e horário em que eles iniciam a operação, são definidos previamente no hardware, e não podem ser mudados; ou eles podem ter um controle inteligente, sendo selecionados para cada grupo semafórico dinamicamente de acordo com o fluxo de veículos, buscando otimizar o tráfego no cruzamento, e em caso de um sistema integrando vários controladores, buscar uma situação ideal de trânsito em uma região

Figura 2.1 - Diagrama de tempos

FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005

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Figura 2.2 - Diagrama de estágios


A Figura 2.1 e a Figura 2.2 representam o diagrama de tempos e o de estágios de um cruzamento.

Figura 2.3 - Cruzamento entre duas vias de mão dupla


Exemplo: Na Figura 2.3 é mostrado um cruzamento de duas vias de mão dupla, as setas, numeradas de 1 a 12 mostram todas as possíveis conversões que veículos trafegando por ele poderiam realizar. Essas conversões também são chamadas movimentos, pode-se notar que vários desses movimentos conflitam, ou seja, em caso de dois veículos realizarem os movimentos ao mesmo tempo, haverá grande possibilidade de colisão entre os mesmos. Por exemplo, são eles, os movimentos nos quais as curvas da figura se cruzam, 1 com 10, ou 2 com 4, só para citar alguns.

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Pode-se também, ver na figura 2.3, os movimentos convergentes, aqueles que têm origens diferentes, mas destinos iguais, por exemplo, movimentos 2,6 e 7. Além desses, vê-se ainda os movimentos divergentes, que representam aqueles que em mesma origem e destinos diferentes. Quando as vias em questão apresentam tráfego elevado de veículos, faz-se necessária à utilização de algum método de controle, a fim de evitar acidentes, provocados pelos movimentos conflitantes. Para isso geralmente utilizam-se semáforos, pois esses possibilitam controle eficiente, seguro e dinâmico dos movimentos veiculares e de pedestres. Para o exemplo ilustrado na figura 2.3, pode-se projetar a estratégia de controle de várias maneiras, uma delas é realizar a operação com quatro estágios de tal forma que haja uma continuidade dos movimentos de conversão à direita, como mostrados a seguir.

Tabela 2.1 - Movimentos conflitantes


Na Tabela 2.1 é apresentada a tabela dos movimentos conflitantes, onde as quadriculas assinaladas com “X” representam movimentos conflitantes.

Figura 2.4 - Estágios possíveis para controle das vias com continuidade de conversão à direita


Na Figura 2.4 são mostrados estágios para o controle das vias com os movimentos permitidos para cada um deles. Por exemplo, no estagio 1, são permitidos os movimentos 1, 2, 3 e 12, todos os outros são bloqueados.

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Tabela 2.2 – Tabela movimentos x estágios


Na Tabela 2.2 são mostrados os estágios, seus movimentos permitidos e os grupos focais envolvidos no controle. Pode-se ver que para essa implementação faz-se necessário o uso de oito fases semafóricas, com um grupo focal cada.

Figura 2.5 - Diagrama de tempos proposto para a estratégia de controle proposta


Na Figura 2.5, é mostrado o diagrama de tempos para o cruzamento em questão, de acordo com a proposta de controle escolhida. É mostrado o ciclo de controle, e este deve se repetir indefinidamente a fim de controlar a intersecção, pode-se ver os períodos entreverdes, aqueles entre um estágio e outro, é importante salientar que em muitos casos os períodos entreverdes pode ser incrementado com um período de vermelho total, onde todas as fases semafóricas conflitantes ficam em estado de vermelho por alguns segundos, a fim de aumentar a segurança, deixando com que o cruzamento seja liberado.

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Neste caso, o movimento de conversão à direita tem sempre direito de passagem durante dois estágios consecutivos. Pode-se também resolver o problema do cruzamento anterior através de uma estratégia mais simples, por exemplo, um controle através de dois estágios.

Figura 2.6 - Diagrama de estágios para o controle do cruzamento usando dois estágios

FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005 Na Figura 2.6, estão mostrados os dois estágios e os movimentos permitidos em cada um deles, nota-se, porém, que são permitidos movimentos conflitantes. A Tabela 2.3 mostra o quadro entre os movimentos e os grupos focais. Já a Figura 2.7 mostra o diagrama de tempos para esta intersecção.

Tabela 2.3 – Tabela movimentos dois estágios


Figura 2.7 - Diagrama de tempos para controle utilizando dois estágios


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Em relação a este exemplo, podem-se efetuar os seguintes comentários: A operação com 2 fases e 2 estágios só é possível se for considerada, num mesmo estágio, a ocorrência de movimentos conflitantes. A princípio, tal situação deve ser evitada, porém, dependendo do volume de veículos das correntes conflitantes e das características físicas da interseção, os movimentos podem ser realizados sem causar maiores inconvenientes. Em determinadas situações pode ocorrer uma escassez de controladores de tráfego. Uma solução temporária para este problema consiste em se utilizar um controlador para comandar mais de uma interseção. Neste caso, o número de estágios em cada uma delas deve ser determinado em função do total de grupos semafóricos disponíveis. Assim, é bastante comum as interseções operarem com dois estágios, o que permite a um controlador de (4-6) grupos semafóricos comandarem (2-3) cruzamentos; O aumento do número de fases causa maior atraso aos veículos que estão aguardando seu direito de passagem, pois, geralmente o ciclo tem que ter uma duração maior. Como ilustração, se forem considerados os 4 estágios do esquema proposto e admitindo-se 15 segundos como tempo mínimo de verde de uma fase, e 3 segundos de tempo de amarelo, ter-se-á um ciclo mínimo de Cmín= 4 x 15 + 4 x 3 = 72 segundos. Capacidade de uma aproximação sinalizada (C) é definida como sendo o número máximo de veículos capazes de atravessar o cruzamento durante um período de tempo. Nesse conceito assume-se que a liberação de veículos da faixa de retenção ocorre na maior taxa possível, ou seja, a taxa de escoamento é igual ao fluxo de saturação. O fluxo de saturação é definido como sendo o fluxo que seria obtido se houvesse uma fila de veículos na aproximação e a ela fossem dados 100% de tempo de verde do cruzamento (escoamento ininterrupto). Normalmente, o fluxo de saturação é expresso em unidade de veículos/hora de tempo verde (veic./htv).

Figura 2.8 - Taxa de descarga da fila em períodos verdes totalmente saturados.

FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005 Conforme se pode observar pela Figura 2.8, no início do verde da fase 1, verifica-se um tempo perdido. Isto se deve ao fato de que os veículos encontram-se num processo de aceleração, não

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atingindo a sua velocidade de operação. Nesse período (instantes iniciais do verde), a taxa de escoamento de veículos é baixa, porém, à medida que o tempo passa, ela vai aumentando, como se pode ver pela Figura 2.8, até atingir um valor máximo, razoavelmente constante, chamado “fluxo de saturação”. Quando o tempo de verde termina e se inicia o tempo de amarelo, esse fluxo máximo ainda continua por alguns segundos, e então começa a decair, de acordo com o comportamento dos motoristas que se aproximam (alguns decidem parar, enquanto outros atravessam o cruzamento), até atingir o valor zero. Ao se iniciar o período de verde da próxima fase, o mesmo procedimento ocorre para o tráfego com direito de passagem. Pela análise do procedimento de tráfego numa interseção sinalizada (figura 2.9), fica evidente que o tempo de verde oferecido não corresponde ao utilizado, pois há uma “perda” no início e um “ganho” no final. Assim, o tempo total de autorização de movimentos (verde + amarelo) é decomposto em dois períodos: o primeiro deles corresponde ao período de verde efetivo, no qual ocorre o escoamento de veículos na taxa de saturação; o segundo refere-se ao tempo perdido (tempo morto) devido às reações dos motoristas no início e fim do tempo de verde e durante o qual não há travessia de veículos, ou seja, o fluxo é zero. Controlador de Tráfego é um equipamento que comanda o semáforo através do envio de pulsos elétricos para comutação das luzes dos focos. A determinação dos instantes em que os pulsos devem ser enviados é feita de duas maneiras:

• Manual – os comandos de verde/amarelo/vermelho são acionados de forma manual, geralmente por um guarda de trânsito. Neste tipo de operação, a duração dos estágios obedece a critérios pessoais de julgamento da situação de tráfego e, normalmente, nem o ciclo nem o tempo de verde das fases são constantes ao longo do tempo;

• Automática – o tempo de ciclo, duração e instantes de mudança dos estágios são definidos

pelo controlador, através de uma programação interna, cuja lógica tanto pode ser bastante simples como sofisticada, dependendo do tipo de controlador em questão.

Nos controladores de tempo fixo o tempo de ciclo é constante, e a duração e os instantes de mudança dos estágios são fixos em relação ao ciclo. Os controladores por demanda de tráfego são mais complexos que os de tempo fixo, por serem providos de detectores de veículos e lógica de decisão; sua finalidade básica é dar o tempo de verde a cada corrente de tráfego de acordo com sua necessidade, ajustando-se dinamicamente às flutuações de tráfego que podem ocorrer num cruzamento.

FORMAS DE CONTROLE DE TRÁFEGO

Apesar de não haver muitos estudos publicados sobre as melhores formas de se controlar o tráfego nos centros urbanos, até pela complexidade envolvida neste conceito e diversas soluções possíveis, foram levantadas algumas técnicas utilizadas atualmente nos controladores de tráfego que apresentam resultados satisfatórios de acordo com dados divulgados por órgãos de trânsito.

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Podemos, inicialmente, classificar os modos de funcionamento dos controladores de tráfego em 2 (duas) configurações distintas: Isolado: Modo no qual o controlador não possui qualquer interligação com o mundo exterior, nele o controlador não tem a necessidade de coordenação nem verificação do volume de tráfego. Coordenado: Modo em que existe conexão de dados que possibilite atuação conjunta entre controladores de uma mesma região de interesse, a fim de realizar controle especializado da mesma. Em cada uma destas configurações distintas, os controladores podem ainda apresentar tipos de funcionamento distinto, conforme segue descrito: Intermitente – é o modo de operação em que os controladores de tráfego apresentam todas as fases simultaneamente em estado de alerta ou “amarelo piscante”. Geralmente isto ocorre no momento em que o controlador de tráfego é ligado, cessando após alguns segundos; quando ocorre alguma falha no correto funcionamento do sistema ou ainda quando há interação local por um operador, o qual força o controlar de tráfego a entrar neste modo de operação; Manual – Este modo é requerido em situações atípicas de tráfego em que o controlador deve ser operado por uma pessoa, agente de trânsito, no intuito de resolver a situação sem ter que alterar a programação do controlador. Esta situação pode ocorrer, por exemplo, em virtude de uma obra na pista, que atrapalhe o fluxo de veículos, ou no caso de algum evento que interfira no tráfego normal. Neste modo, os estágios (verde, amarelo, vermelho) do ciclo programado no semáforo são temporizados de acordo com o desejo do operador, sendo a transição de um estagio para outro dado por comando deste; Tempo Fixo - Os controladores executam os planos de tráfego pré-determinados sem alteração nos tempos programados, maquina de estados finitos. Atuado - Muitas vezes não há a necessidade de dar direito de passagem a alguma via em todos os ciclos semafóricos, por exemplo, um retorno controlado por semáforo, este não necessita ser aberto em todos os ciclos, mas sim todos os ciclos em que exista veículo aguardando para fazer a conversão. Isso pode se tornar importante em casos de grande volume de tráfego, uma vez que uma conversão como esta pode representar o fechamento da via com maior tráfego sem necessidade podendo acarretar em congestionamento da mesma. Assim a execução de algumas fases semafóricas devem ser feitas de acordo com a demanda, essa demanda pode ser detectada pelo controlador através de sensores instalados no pavimento ou em caso de pedestres através de botoeiras instaladas próximo as faixas de segurança, por exemplo, na estrutura de sustentação dos grupos focais.

O CONTROLADOR DE TRÁFEGO

Basicamente, um controlador de tráfego ou controlador semafórico tem por finalidade comandar os cruzamentos viários de forma a organizar o fluxo veicular de forma segura aos condutores. Entretanto, com a utilização de recursos eletrônicos atuais, um controlador semafórico pode realizar uma série de funções secundárias muito úteis ao planejamento e, conseqüente, melhoramento do fluxo viário. Podemos dividir um sistema de controle semafórico em três grandes partes, sendo elas: Controlador – é responsável por comandar o funcionamento do semáforo de um cruzamento, este equipamento é constituído por componentes de hardware (placas, circuitos, componentes) como também por software.

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Grupos Focais – os grupos focais são as estruturas físicas montadas geralmente em braços metálicos que contém as luzes de orientação de trânsito (verde, amarelo e vermelho). Sua concepção é consideravelmente simples, nada mais sendo que estrutura metálica e plástica, cabos e lâmpadas. Sensores de solo – para possibilitar a detecção e contagem dos veículos que trafegam em determinada via integrante de um cruzamento existem estruturas instaladas no pavimento asfáltico capazes de identificar veículos que trafeguem sobre as mesmas. Estes sensores têm por princípio de funcionamento as alterações eletromagnéticas provocadas pela massa metálica dos veículos ao transitar sobre os mesmos.

CRITÉRIOS PARA INSTALAÇÃO DE SEMÁFOROS

Os critérios que justificam a implantação de um semáforo referem-se a: (DENATRAN, 1984)

1. volumes veiculares mínimos em todas as aproximações da interseção 2. interrupção de tráfego contínuo 3. volumes conflitantes em interseções de cinco ou mais aproximações 4. volumes mínimos de pedestres que cruzam a via principal 5. índice de acidentes e os diagramas de colisão 6. melhoria de sistema progressivo 7. controle de áreas congestionadas 8. combinação de critérios 9. situações locais específicas

• Critério 1 – Volumes Veiculares Mínimos

A implantação do semáforo justifica-se quando existem, na interseção, os seguintes volumes equivalentes mínimos representados na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 – Volumes veiculares mínimos

FONTE MÜLLER e JESUS, 2005

Esse deverá ser o volume médio de 8 horas de maior volume na interseção, obtido de contagem que, preferencialmente, seja realizada no período das 7:00 às 20:00 horas. A Tabela 2.5 mostra Fatores de Equivalência (Conversão em Unidades de Carros de Passeio – UCP).

Tabela 2.5 - Fatores de Equivalência (em Unidades de Carros de Passeio – UCP)


• Critério 2 – Interrupção de Tráfego Contínuo

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Uma via secundária, mesmo não possuindo volume significativo, pode apresentar dificuldade excessiva tanto para atravessar como para se entrar na corrente de uma via principal com alto volume de tráfego. Pode ocorrer atraso excessivamente longo na via secundária, justificando a implantação de semáforo. Os volumes equivalentes mínimos são representados na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 - – Volumes equivalentes mínimos


• Critério 3 – Volumes conflitantes em interseções de cinco ou mais aproximações Numa interseção com cinco ou mais aproximações, a implantação de um semáforo justifica-se quando há tráfego de volume equivalente ao total de, no mínimo, 800 veículos por hora (desde que não seja possível transformar a intersecção numa outra equivalente de quatro aproximações). Na Figura 2.10, o volume total chegando é de 1560 vph, o que significa que essa interseção exige um semáforo, uma vez que o volume mínimo é de 800 vph. Transformando a interseção em outra de quatro aproximações, como na Figura 2.9, é necessário verificar os critérios 1 e 2, os quais definem a necessidade ou não.

Figura 2.9 - Intersecção


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Figura 2.10 – Intersecção modificada


• Critério 4 - Volume de Pedestres O conflito veículos x pedestres, numa seção da via, justifica a implantação de um semáforo quando os seguintes volumes mínimos são atingidos: P = 250 pedestres/h em ambos os sentidos de travessia Q = 600 vph (nos dois sentidos), quando a via é de mão dupla e não há canteiro central ou quando esse tem menos que 1 m de largura. Q = 1000 vph (nos dois sentidos), quando há um canteiro central de 1 m de largura, no mínimo. Onde: P = Volume de Pedestres Q = Volume de Veículos Equivalentes em conflito com os pedestres.

• Critério 5 - Índice de Acidentes A ocorrência de acidentes pode justificar a implantação de um semáforo, desde que apresente as seguintes características: Os acidentes registrados são do tipo corrigível pelo semáforo Todos as tentativas para diminuí-los, através de soluções menos custosas e menos radicais, não atingiram objetivo; Ocorre um mínimo de cinco acidentes com vítima por ano • Critério 6 - Melhoria no Sistema Progressivo

Nas vias com sistemas coordenados de semáforos, a implantação de um novo semáforo pode justificar-se quando contribuir para o ajuste da velocidade de progressão, ou para uma melhor formação dos pelotões, ou quando se considerar que estas medidas são imprescindíveis. Esse novo semáforo deve ser justificado através do diagrama espaço-tempo da progressão.

• Critério 7 - Controle de Áreas Congestionadas Nas áreas onde o congestionamento é constante e inevitável por outros meios (mudanças na geometria, na circulação, etc.), a implantação de um semáforo pode justificar-se. São dados alguns desses casos: Entrelaçamentos complexos, de capacidade inferior à demanda;

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Aproximação com capacidade inferior à demanda, com formação de fila externa e bloqueio da intersecção anterior (o semáforo seria colocado nesta última).

• Critério 8 - Combinação de Critérios Em certos casos onde ocorra determinada porcentagem dos eventos enunciados nos critérios anteriores, conforme indicado abaixo:

• Quando dois critérios de 1 a 5 forem observados em, no mínimo, 80%. • Quando três dos critérios de 1 a 5 forem observados em, no mínimo, 70%.

• Critério 9 - Situações Locais Específicas

O semáforo pode ser implantado em situações especiais, desde que plenamente justificado pelo técnico. Regra Geral quanto à Distância de Visibilidade em uma Interseção: Os critérios anteriores de implantação de semáforos devem ter seus valores alterados em:

• 20 % a menos nos casos de má visibilidade, isto é, devem atender a 80% dos valores mínimos;

• 20% a mais nos casos de boa visibilidade, isto é devem atender a 120% dos valores mínimos.

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CAPÍTULO 3 - ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO

CONCEPÇÃO DO SISTEMA

Em sua grande maioria, os controladores de tráfego atualmente em utilização, operam de forma isolada, ou seja, sem conexão com demais controladores ou com uma central de controle (HOFFMANN e SOUZA, 2005). Para estes controladores, a sincronização dos ciclos de “verde” em uma mesma via torna-se uma tarefa bastante difícil e pouco confiável, pois, apesar de toda a programação ser manual, dificilmente o relógio de cada controlador funcionará completamente sincronizado com os dos demais, fazendo com que a sincronização dos “verdes” acabe se perdendo. Entretanto, nos grandes centros urbanos, existem inúmeras vias com intenso fluxo de veículos exigindo uma otimização ótima da sincronização dos ciclos de “verde”, para estes casos normalmente utiliza-se controladores de tráfego interligados através de um concentrador de área a uma central de controle. Desta forma, a sincronização entre os semáforos pode ser programada de forma bastante fácil e confiável. Considerando que o projeto proposto consiste da implementação de um sistema de controle de tráfego que apresente vantagens em relação aos encontrados atualmente no mercado, o funcionamento isolado ou em rede é suportado pelo sistema desenvolvido.

PESQUISA DIRETRAN/URBS

Para realizar o projeto proposto, com recursos inovadores, foi realizada uma visita às dependências do CTA (Central de trânsito de área) do município de Curitiba – PR situada na sede da DIRETRAN/URBS. Esta visita tinha o intuito de poder ver os equipamentos que hoje são utilizados e poder aplicar recursos que melhorariam a operação dos mesmos. Durante esta visita foi apresentada toda a estrutura semafórica existente no município de Curitiba.

REQUISITOS MÍNIMOS DO SISTEMA

Um dos objetivos do projeto é que o sistema desenvolvido tenha vantagens sobre o que existe atualmente no mercado e existem funcionalidades mínimas que o sistema deve cumprir, as quais são comuns nos controladores semafóricos utilizados atualmente. • Controle de cruzamento viário simples

Esta é a funcionalidade básica que um controlador semafórico propõe-se a cumprir. (HOFFMANN e SOUZA, 2005) Consiste simplesmente do controle de dois ou mais grupos focais em um cruzamento entre duas vias, o equipamento deve intercalar os estados semafóricos entre uma via e outra, hora “verde” numa e “vermelho” na outra, hora vice-versa. Evidentemente deve haver controles contra falhas, principalmente contra a condição de sinal aberto (verde) em ambas as vias simultaneamente. Deve haver a possibilidade da programação de planos de tráfego a fim de otimizar os tempos de “verde”, “amarelo” e “vermelho”. Deve haver a possibilidade do controle de pelo menos duas fases semafóricas.

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• Controle de cruzamentos viários complexos Esta funcionalidade ainda é considerada básica para um controlador semafórico, pois consiste na possibilidade do mesmo controlar várias fases semafóricas em um cruzamento entre duas ou mais vias, ou ainda, cruzamentos com conversões controladas. Existem no mercado, atualmente, controladores capazes de controlar até 32 (trinta e duas) fases semafóricas, entretanto, é quase impossível existir um número deste de fases. Para o projeto de controlador semafórico apresentado, foi planejada a possibilidade do controle de 16 (dezesseis) fases semafóricas, este número é suficiente para aplicações nos grandes centros urbanos.

• Programação de planos de tráfego de acordo com horários pré-definidos Esta funcionalidade consiste na possibilidade de se programar vários planos de tráfego em um controlador semafórico e também, programar os horários de atuação de determinados planos semafóricos. Estes horários e planos são ajustados visando otimizar o tráfego e são definidos a partir de estudos de engenharia de tráfego no cruzamento em que o controlador semafórico encontra-se instalado. Entende-se por planos semafóricos cada conjunto de tempos de “verde”, “amarelo” e “vermelho” em cada via do cruzamento, uma nova configuração destes tempos forma um novo plano de tráfego. • Sincronização entre controladores semafóricos

Esta é uma das mais importantes funcionalidades a serem implementadas no controlador semafórico, pois é através da sincronização, ou coordenação, dos semáforos no decorrer de uma via que se pode efetivamente otimizar o fluxo de tráfego. A sincronização entre controladores semafóricos que não dispõe de controle de fases adaptativo não se torna demasiadamente complicado, pois basta acrescentar certo atraso aos planos de tráfego de forma a considerar o tempo necessário para que os veículos percorram a distância entre os cruzamentos semaforizados. Entretanto, conciliar o controle adaptativo de fases com a sincronização entre controladores semafóricos torna-se uma tarefa bastante complexa, tendo em vista o grande número de variáveis envolvidas na lógica necessária para o correto funcionamento dos controladores semafóricos nesta situação. Este recurso também não demanda alterações na arquitetura de hardware, sendo implementado basicamente através de lógica de software. Esta funcionalidade não será implementada no protótipo, pois o mesmo exigiria mais de um equipamento para poder existir o sincronismo. • Conexão “on-line” com central de tráfego

Esta funcionalidade consiste na possibilidade do controlador semafórico apresentar o recurso de manter uma conexão remota com uma central de controle, esta conexão permite a interação junto ao funcionamento do controlador semafórico tanto no âmbito de checagem de parâmetros de funcionamento como também alteração de configurações.

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Todos os recursos necessários para implementação de conexão remota são, basicamente, determinados através de softwares capazes de prover a intercomunicação entre controlador semafórico e central de controle. Nestes softwares estão definidos todos os protocolos de comunicação como também comandos específicos de controle. Na parte de hardware faz-se necessário, basicamente, apenas um modem para que, através de uma linha física, estabeleça uma conexão com a central de controle. No projeto em questão não haverá um modem para a conexão através da linha física e sim uma antena de radio que faz a transmissão e recepção dos dados com a central.

ESPECIFICAÇÕES

A partir dos estudos realizados e da determinação dos requisitos mínimos necessários a serem atendidos pelo controlador de tráfego, elaborou-se uma especificação básica do sistema projetado.: O sistema deve ter capacidade de controlar até 16 fases semafóricas simultaneamente; No caso de falta de energia, o controlador deve manter o relógio e também deve retornar ao modo normal de operação quando da restituição normal do fornecimento de energia; O controlador deve ter possibilidade de operar nos seguintes modos: • Intermitente; • Coordenado a tempos fixos; • Coordenado atuado; • Autônomo a tempos fixos; • Autônomo atuado; • O controlador deve realizar detecção das correntes fornecidas às lâmpadas dos grupos focais a fim de detectar lâmpadas “queimadas” ou acessas indevidamente; • O controlador deve ter proteção contra verdes conflitantes; • O controlador deve ter capacidade de realizar contagem de veículos; • O controlador deve possibilitar conexão com central de controle, enviando dados de fluxo de veículos e recebendo comandos remotos; • É no item anterior que está o diferencial do projeto, pois a conexão com a central que normalmente é realizada através de linhas físicas será uma conexão sem fio. • O sistema deve possuir bateria para armazenamento de relógio; • O controlador deve possibilitar a atuação por botoeira de pedestre; • O controlador deve possuir dispositivo de reinicialização em caso de falhas (“watch-dog”);

DIAGRAMA MACRO DO SISTEMA

A estrutura macro de um controlador de tráfego é consideravelmente simples, composta basicamente de três elementos já citados anteriormente, grupos focais, sensores de solo para detecção de veículos, controlador propriamente dito e central de controle. Para melhor ilustrar e identificar esta estrutura macro de um controlador de tráfego segue Figura 3.1 apresentada a seguir.

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Figura 3.1 - Diagrama ilustrativo apresentando estrutura macro de um controlador de tráfego.

FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005 Normalmente, os usuários comuns das vias de trânsito urbano não têm a mínima noção de como realmente funcionam os controladores de tráfego. Em uma primeira impressão, um cruzamento controlado por semáforo, parece unicamente constituído de luzes que se acendem e apagam determinando a possibilidade ou não dos veículos transitarem, sem muito controle de eficiência empregado. No entanto, um controlador de tráfego é um sistema bastante complexo e importante para o bom andamento do trânsito em qualquer via. Para este projeto a conexão entre o controlador de semáforo e a central de controle será realizada através de conexão sem fio.

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Figura 3.2 - Diagrama da estrutura macro do controlador de semáforo referente a este projeto

Como já foi comentado, o diferencial deste projeto é a comunicação do controlador de semáforo com a central de controle através da tecnologia sem fio. Na Figura 3.2 pode-se ter uma visão macro do projeto.

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Figura 3.3 – Diagrama da estrutura macro do controlador de semáforo referente a este projeto

Na Figura 3.3 há outro diagrama macro do sistema. Pode-se notar um detector de lâmpadas queimadas, que sua função será de medir a corrente das lâmpadas acesas, e transmitir para o CPU através de um conversor A/D, assim podendo detectar lâmpadas queimadas e enviar alerta a central de controle. Também podemos notar que a controladora se comunica com a central através de uma antena para que possa ser monitorado e reconfigurado. O software da central receberá e enviará os dados através de outra antena. O Software da Central é responsável em receber os estados do semáforo, contagem dos veículos, os alertas (ex. lâmpada queimada, verdes conflitantes) e o envio das configurações, planos de tráfego.

Figura 3.4 – Diagrama da estrutura macro da CPU do controlador de semáforo

Na Figura 3.4 esta o diagrama macro dos módulos dos softwares da CPU que se encontra na Figura 3.3.

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CAPÍTULO 4 - PROJETO

Neste capítulo está o projeto de hardware, firmware e software. Em cada módulo do projeto temos diagramas esquemáticos, fluxogramas e protótipos de telas, respectivamente de cada projeto.

PROJETO DO HARDWARE

No projeto de hardware temos os diagramas esquemáticos dos módulos Grupo Focal, Backplane e Kit Desenvolvimento C8051F310 para a backplane e leitura dos sensores. Também encontramos tabelas de ligações dos módulos e entre os módulos, também encontramos as tabelas dos componentes utilizados em cada módulo.

Figura 4.1 - Diagrama esquemático do Grupo Focal

No dip SW1 é responsável pela configuração do endereçamento do Grupo Focal. Caso o endereço do barramento A[0..3] for igual ao configurado, o Grupo Focal terá seu estado ou sua leitura de corrente, de acordo com o desejado, ENABLE_LED ou ENABLE_CORRENTE. O estado dos Leds (Vermelho, Amarelo, Verde ou Apagado) é definido pelo barramento S[0..1]

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Valor Hexadecimal Estado

0H Apagado 1H Verde 2H Amarelo 3H Vermelho

Tabela 4.1 - Tabela de estados do Grupo Focal, barramento S[0..1]

Na Tabela 4.1 estão os valores dos estados existentes no grupo focal, cada número representa um estado.

Barramento

Pin Nome Descrição 1 VDD Alimentação 2 S0

Estado do Grupo Focal (Apagado / Verde / Amarelo/ Vermelho) 3 S1 4 A0

Endereçamento do Grupo Focal 5 A1 6 A2 7 A3 8 GND Alimentação 9 OUT_CORRENT Saída da tensão, para leitura da corrente 10 não usado 11 não usado 12 não usado

13 ENABLE_CORRENTE Ativa Leitura de Corrente no endereço e estado correspondente no barramento A[0..3] e S[0..1]

14 ENABLE_LED Ativa Led no endereço e estado correspondente no barramento A[0..3] e S[0..1]

Tabela 4.2 - Pinagem do Barramento do Grupo Focal

Na Tabela 4.2 está os pinos de ligação do Grupo Focal, nesta tabela esta o que é cada pino e uma descrição de cada um dos pinos.

Grupo Focal 2 74LS08 1 74LS04 1 74LS85 1 74LS139 1 4052 1 box header 14 3 resistores 1 kΩ 1 Led RED 1 Led Yellow 1 Led Green 16 barras de pinos

Tabela 4.3 - Componentes utilizados no Grupo Focal

Na Tabela 4.3 estão listados os componentes necessários para a montagem do Grupo Focal.

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Figura 4.2 - Diagrama esquemático da placa PCB do Grupo Focal

Na Figura 4.2 temos o diagrama para a confecção da placa PCB ("Printed Circuit Board").

Figura 4.3 - Imagem 3D da placa PCB do Grupo Focal

Na Figura 4.3 temos a imagem 3D da placa PCB gerada pelo programa Proteus.

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Figura 4.4 - Diagrama esquemático Kit Desenvolvimento C8051F310

FONTE SILICON LABORATORIES, 2001 Na Figura 4.4 apresenta o esquemático do kit desenvolvimento C8051F310, que é utilizado neste projeto.

Tabela 4.4 - Tabela de expansão dos conectores de entrada e saída do kit C8051F310

FONTE SILICON LABORATORIES, 2001

Na Tabela 4.4 apresenta os pinos do kit desenvolvimento com o microprocessador C8051F310, que é utilizado neste projeto.

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Figura 4.5 - Diagrama esquemático de ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 para a backplane e leitura

dos sensores (botoeiras e sensores de solo)

A Figura 4.5 mostra o diagrama esquemático que faz a conexão do Kit de desenvolvimento e o conector do backplane, também contento o multiplexador responsável pela leitura dos sensores (botoeiras e sensores de solo). Os sensores são ligados no conector J3, sendo que o mesmo possui o GND e o VDD, para a ligação dos sensores. A leitura dos sensores é identificada quando os mesmos se encontram em nível baixo.

Conexão KIT x BackPlane 1 box header 14 1 box header 34 1 Conector 18 1 Conector 2 1 74150

Tabela 4.5 – Componentes da placa de conexão da BackPlane e Kit C8051F310-DK

Na Tabela 4.5 estão listados os componentes necessários para a montagem da placa de conexão do microprocessador com a Backplane.

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C8051F310-DK

Pin # Nome CPU I/O Connector (J1) 1 VDD x x 3 S0 P1.4 15 2 S1 P1.5 16 4 A0 P1.0 11 5 A1 P1.1 12 6 A2 P1.2 13 7 A3 P1.3 14 8 GND GND (Ground) 34 9 Não usado x x 10 VDD x x 11 GND x x 12 ENABLE_LED P2.1 20 13 ENABLE_CORRENTE P2.0 19 14 OUT_CORRENT P2.4 23 x SENSOR_READ P0.7 10 x UART TX P0.4 7

x UART RX P0.5 8

X VRef – Ref. AD P0.0 3

Tabela 4.6 - Pinagem BackPlane e Kit C8051F310-DK

Na Tabela 4.6 estão listados os pinos do conector Box Header de 14 pinos com o Box Header de 34 pinos do kit do microprocessador.

Figura 4.6 - Diagrama esquemático da placa PCB de ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 para a

backplane e leitura dos sensores (botoeiras e sensores de solo)

Na Figura 4.6 mostra o diagrama para a confecção da placa PCB.

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Figura 4.7 - Imagem 3D da placa PCB do de ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 com as placas de Grupo

Focal

Na Figura 4.7 mostra a imagem 3D da placa PCB gerada pelo programa Proteus da placa de ligação do Kit desenvolvimento com o sistema.

O radio transmissor será ligado diretamente no DB9, no kit desenvolvimento (J5), utilizando interface RS232. A antena é ligada no rádio transmissor.

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PROJETO DO FIRMWARE

Esta seção mostra os fluxogramas de todos os módulos do firmware. O software que é executado dentro do microcontrolador.

Figura 4.8 - Fluxograma do módulo do Firmware, Relógio

Na Figura 4.8, temos o fluxograma do relógio, que é responsável em manter o horário e o dia da semana para a execução dos planos de tráfego. Os planos de tráfego são agendados pelo horário e pelo dia da semana, por isso o relógio só necessita destes dados. O módulo de Relógio funciona recebendo um clock do módulo de timer a cada 1 segundo.

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Inicio

Espera 1 ms

Timer++TickCount++

Timer >= 1000

Não

Timer = 0

Avisar os módulos que precisam clock

de 1 s

Sim

SLEEP(tempo para espera)

InicioEspera = tempo para espera + TickCount

TickCount = Espera?

FimSim

Não

Timer mod 100 = 0

Avisar os modulos que precisam de clock de 100 ms

Não

Sim

Figura 4.9 - Fluxograma do módulo do Firmware, Timer

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Na Figura 4.9, temos o fluxograma do timer, que gera todos os clocks para o firmware, pois nele que será chamado todas as funções que necessitam de tempos. Também contém o fluxograma da função sleep, que utiliza um contador que é incrementado pelo timer a cada 1 milissegundo. A função sleep fica “travada” até o tempo que foi desejado.

Inicio

Verifica estado do Grupo Focal

GF[addr]

Seta o estado do detector de lâmpada queimada igual ao

estado do grupo focal

DQ[addr] = GF[addr]

A lâmpada esta acesa?

O grupo focal está vermelho?

Manda um alerta para a central

O grupo focal esta verde?

Verifica verdes conflitantes(MODULO)

Próximo grupo focal

Já foi verificado todos os grupos focais?

Fim

Sim

NãoNão

Sim

Amarelo Piscante(MODULO)

Sim

Sim

Não

Não

Figura 4.10 - Fluxograma do módulo do Firmware, Lâmpada Queimada

Na Figura 4.10 está o fluxograma do módulo de Lâmpada Queimada. Este módulo faz a verificação de todos os grupos focais. Caso seja detectado uma lâmpada do estado vermelho queimado o módulo aciona o módulo Amarelo Piscante. O módulo, por fazer a varredura de todos os grupos

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focais, também faz a chamada do módulo de Verdes Conflitantes dos grupos focais que estão com seu estado em verde.

Figura 4.11 - Fluxograma do módulo do Firmware, Verde Conflitante

Na Figura 4.11 está o fluxograma do módulo de Verde Conflitante. Quando um verde conflitante é detectado é feita a chamada do módulo de Amarelo Piscante e avisa a central do problema.

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Inicio

Verifica Sensor [ addr ]

Sensor foi acionado e esta configurado como

sensor ativo?

Próximo Sensor( addr ++ )

Já foi verificado todos os sensores?

Não

Não

Avisa módulo de execução de planos de

tráfego

Fim

Sim

É sensor atuado ou contador de veículos?

atuado

Avisa módulo de Contador de Veículos

contador

Figura 4.12 - Fluxograma do módulo do Firmware, Sensores

Na Figura 4.12 está o fluxograma do módulo de Sensores. O módulo é responsável em verificar os sensores, quando os mesmos são acionados avisa os módulos de Execução de Planos ou o de Contador de Veículos, dependendo da configuração atribuída para o sensor.

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Inicio

Recebe sinal do sensor acionado

Já ultrapassou o tempo desejado para estátistica?

Envia para o modulo GPRS (central) os dados

até o momento.

Zerar contador de veículos

Incrementa o contador de veiculos

Fim

Figura 4.13 - Fluxograma do módulo do Firmware, Contador de Veículos

Na Figura 4.13 está o fluxograma do módulo de Contador de Veículos. Quando um sensor configurado para contador é acionado o módulo de Contador de Veículo é acionado.

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Figura 4.14 - Fluxograma do módulo do Firmware, envio e recebimento dos dados

Na Figura 4.14 está o fluxograma do módulo de Dados. O módulo é responsável em montar os pacotes e enviar por RS232 para o módulo de rádio, onde o dado é modularizado e transmitido. O módulo também é responsável por receber os dados do rádio e interpretá-los, enviando uma requisição ou um dado para o modulo correspondente.

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Inicio

Espera o tempo para alterar o estado

(apagado / amarelo)

Verifica estado do Grupo Focal

GF[addr]

O estado está Amarelo?

Muda para estado Amarelo

Muda para estado Apagado

Próximo grupo focal

Já foi verificado todos os grupos focais?

Fim Sim

Não

Não

Sim

Amarelo Piscante esta Ativo?

Sim

Não

Figura 4.15 - Fluxograma do módulo do Firmware, Amarelo Piscante

Na Figura 4.15 está o fluxograma do módulo de Amarelo Piscante. O módulo é responsável por deixar o amarelo piscando quando o mesmo se encontra ativo.

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Inicio

Amarelo Piscante

Vermelho Total

Carrega estágio

Ajusta as fases com os estágios carregados

Verifica Verde conflitantes e se existem lâmpadas

queimadas

Carrega o tempo do estágio

Já esgotou o tempo do estágio atual?

Espera clock de 1s

Decrementa o contador atual do

estado

Não

Próximo estágio

Sim

Envia estágio atual para a central

Figura 4.16 - Fluxograma do módulo do Firmware, Execução de Planos

Na Figura 4.16 está o fluxograma do módulo de Execução dos Planos. O módulo é responsável em verificar os planos de tráfego e executá-los.

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SOFTWARE DA CENTRAL

Segue telas do software utilizado na central, aonde o controlador se conecta.

Figura 4.17 - Tela de equipamentos

Na Figura 4.17 temos a tela que lista os equipamentos cadastrados. Nela conseguimos visualizar se equipamentos estão com comunicação com a central, podemos visualizar o relógio que está no momento no equipamento. Caso o equipamento esteja on-line podemos reiniciá-lo, sincronizar seu relógio, enviar uma nova configuração para ele ou visualizar mais detalhadamente seu estado abrindo a tela de visualização do semáforo.

Figura 4.18 - Tela de visualização de um controlador de semáforo que está on-line

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Na Figura 4.18 está a tela de monitoramento da controladora. Nesta tela se pode observar o comportamento do mesmo, ela mostra as configurações que estão na controladora como em que estado ela esta no momento, como qual plano se encontra, qual estágio esta sendo executado, como está cada fase no momento, mostra falhas ocorridas no equipamento, como falha no vermelho, verde conflitante e/ou lâmpada queimada.

TESTES PARA O PROJETO

• Teste do Módulo de Grupo Focal; Ligar um multimetro na saída OUT_CORRENTE; Alimentar o circuito; Configurar um endereço do módulo, nas chaves de endereçamento; Colocar nivel logico no barramento A[3..0] que simule o endereço configurado; Colocar ENABLE_LED e ENABLE_CORRENTE no nivel logico baixo; Fazer todas as combinações de estados no barramento S[1..0]; Verificar se os Leds não acendem em nenhum momento; Verificar se a tensão que esta marcando no multimetro é sempre a mesma (5V); Colocar nivel alto no ENABLE_LED; Repita o procedimento de passar por todos os estados no barramento S[1..0] Agora quando mudar os estados (00,01,10,11) os leds devem mudar de estado; Faça o mesmo procedimento com o ENABLE_CORRENTE também em nível alto; O valor marcado no multímetro deve ser sempre menor que (5V); Colocar o estado em verde (01H) e colocar o ENABLE_CORRENTE em nível baixa; Repetir o procedimento de mudar os estados do barramento S[1..0] e verifique se o multímetro marca 5V, quando o estado está diferente de verde, pois quando o estado esta no verde ele deve marcar uma tensão menor que 5V (aprox. 2.5V); Repetir o procedimento anterior para todos os estados; Repetir todos os testes com o endereço do barramento S[0..3] diferente do configurado; Os estados não podem mudar, permanecendo como esta; • Módulo Ligação Kit Desenvolvimento com Grupo Focais Colocar o multímetro em modo de teste de continuidade; Colocar uma ponta do multímetro na entrada (J4); Colocar a outra ponta do multímetro na saída (J1); Fazer este teste com todos os pinos no Box Header J1 com seu correspondente em J4. Utilizar a Tabela 4.6 para saber os pinos correspondentes. • Teste do Firmware Colocar um plano de tráfego; Verificar se o mesmo está se comportando como o desejado; • Teste do Software Cadastrar um plano de tráfego; Mandar para o microcontrolador; Verificar o controlador esta executando como configurado no Software; • Testes Gerais (Sistema como todo) Será desenvolvido uma maquete, simulando um cruzamento real;

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Este cruzamento será parecido com um cruzamento de caneleta exclusiva de onibus (ex, Av. Sete de Setembro); Terá passagem de pedestre; Terá fase atuada, por sensor de solo e pedestre; A maquete terá chaves para testar, queima de lampada, verdes conflitantes, fase atuada. Será cronometrado os tempos dos estágios, para verificar se os mesmos estão de acordo com os tempos programados. Será visto os estágios dos semaforos do cruzamento, no software da central. Será alterado os tempos dos estágios, para ver se o mesmo é executado corretamento; Será alterado os tempos dos estágios, pela central; Será testado a atualização do relógio; Será testado a troca de plano, pelo horario e dia da semana; Será acionado um verde conflitante, pelas chaves na maquete, e ver se o mesmo entrou em modo de amarelo piscante. Será visualizado na central se o alerta de verde conflitante, e amarelo piscante foi enviado para a central Será testado pela chave na maquete, um led com circuito aberto, simulando a queima do mesmo, teste com um led verde. Será visualizado na central se foi enviado o alerta de led queimado. Será testado pela chave na maquete, um led, com circuito aberto, simulando a queima do mesmo, teste com um led vermelho. Será visualizado se o sistema entrou em modo amarelo piscante, com o vermelho “queimado”; Será visualizado na central se o mesmo enviou o alerta de lampada queimada e aleta de amarelo piscante; Será testado se o sistema, sem o acionamento da chave do sistema atuado, não executa os estágio corretamentes. Será testado se o sistema, com o acionamento da chave de sistema atuado, executa os estágios corretamentes. Será testado a falta de energia, e ver se o sistema retorna no estado de inicialização (amarelo piscante / vermelho total / entra em seu funcionamento);

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CAPÍTULO 5 - VALIDAÇÃO E RESULTADOS

1. Teste do Módulo do Grupo Focal.

Na Figura 5.1 mostra o módulo do Grupo Focal montada.

Figura 5.1 - Placa PCB do Grupo Focal confeccionada e montada

Para o primeiro teste deve-se colocar nível lógico no barramento A[3..0] que simule o endereço configurado no módulo; Após o endereçamento configurado, devem-se colocar os pinos de ENABLE_LED e ENABLE_CORRENTE no nível lógico baixo, desabilitado; Para fazer a verificação que os pinos de enabled estão corretos, deve-se fazer todas as combinações de estados no barramento S[1..0]; Ao passar pelos estados de 0H a 3H no barramento S[1..0] os leds não podem acendem em nenhum momento, se isso ocorrer o teste esta OK. Resultado.

O teste foi bem sucedido. O led não acendeu em nenhum estado. OK. Verificar se a tensão que esta marcando no multímetro é sempre a mesma (5 v); Resultado.

A tensão permaneceu em 5v. OK. Colocar nivel alto no ENABLE_LED; Repita o procedimento de passar por todos os estados no barramento S[1..0] Agora quando mudar os estados (00,01,10,11) os leds devem mudar de estado; Resultado.

Os leds acenderão de acordo com o esperado, ficando apagado no estado “00”. OK. Faça o mesmo procedimento com o ENABLE_CORRENTE também em nível alto; O valor marcado no multímetro deve ser sempre menor que (5v); Resultado.

Nos leds que estão acesos a tensão é menos que 5v. OK. Colocar o estado em verde (01H) e colocar o ENABLE_CORRENTE em nível baixa;

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Repetir o procedimento de mudar os estados do barramento S[1..0] e verifique se o multímetro marca 5v, quando o estado está diferente de verde, pois quando o estado esta no verde ele deve marcar uma tensão menor que 5v (aprox. 2.5v); Resultado.

Nos leds que estão acesos a tensão é menos que 5v e nos apagados a tensão medida é de 5v. OK. Repetir o procedimento anterior para todos os estados; Resultado.

O teste realizado em todos os estados de (01H a 03H) se comportaram como o teste anterior. OK. Repetir todos os testes com o endereço do barramento S[0..3] diferente do configurado; Os estados não podem mudar, permanecendo como esta; Resultado.

O estado não sofreu alterações. OK.

Figura 5.2 – Placa para os testes das placas dos Grupos Focais

A Figura 5.2 é uma placa de teste, para auxiliar nos testes citados acima. PS. Os testes acima citados foram realizados em todas as placas do módulo de Grupo Focal. As placas que obtiveram alguma falha nos testes, foram concertadas e realizado os testes novamente.

2. Teste do Firmware.

Deve ser feito a programação de um plano de tráfego; Passar o plano configurado para o controlador de semáforo. Deve ser verificado se o controlador executa o plano configurado corretamente; Resultado.

A execução do plano foi de acordo com a configurada. OK. Configurar em horário de troca de plano. Verificar se houve a troca do plano de tempos no horário programado. Resultado.

A troca foi executada no inicio do próximo ciclo, após ter passado o horário programado. OK.

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Remover um led Vermelho. Verificar se o controlador entra em modo alerta assim que o led seria aceso. Resultado.

O sistema entrou em modo de alerta (amarelo piscante) assim que foi detectada a falta do led vermelho. OK. Forçar o acendimento contínuo de um led verde e verificar se ao aceder os verdes conflitantes o sistema entra em modo de alerta. Resultado.

O sistema entrou em modo de alerta assim que foi detectado que os verdes conflitantes acenderam ao mesmo tempo. OK.

3. Módulo de Ligação do Kit Desenvolvimento com os Grupos Focais

Colocar o multímetro em modo de teste de continuidade; Colocar uma ponta do multímetro na entrada (J4); Colocar a outra ponta do multímetro na saída (J1); Fazer este teste com todos os pinos no Box Header J1 com seu correspondente em J4. Utilizar a Tabela 4.6 para saber os pinos correspondentes. Resultado.

Todos os pinos estão com continuidade em seus respectivos pinos. OK

4. Teste do Software

Cadastrar um plano de tráfego. Mandar para o micro controlador. Verificar o controlador esta executando como configurado no Software. Resultado.

O envio do plano ao controlador foi realizado e o mesmo executou o plano como configurado. OK

5. Maquete

Foi desenvolvida uma maquete para fazer a validação final do projeto (Figura 5.3) simulando um cruzamento real Este cruzamento é parecido com um cruzamento de caneleta exclusiva de ônibus (ex, Av. Sete de Setembro em Curitiba), possuí passagem de pedestre, fase atuada. A maquete contém chaves para simular, queima de lâmpadas (verde e vermelho), verdes conflitantes e fase atuada.

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Figura 5.3 – Maquete para simulação do sistema semafórico

6. Testes Gerais (Sistema completo)

Visualizar os estágios dos semáforos do cruzamento, no software da central. Alterar os tempos dos estágios, pela central. Sincronismo do relógio. Troca de plano, pelo horário e dia da semana; Acionar um verde conflitante, o mesmo deve entrar em modo de amarelo piscante. Visualizar na central se o alerta de verde conflitante foi enviado para a central. Testar a queima de um led verde. Visualizar na central se foi enviado o alerta do verde queimado. Testar a queima de um led vermelho. Visualizar se o sistema entrou em modo amarelo piscante. Visualizar na central se o controlador enviou o alerta de lâmpada queimada e que esta em alerta. Testar se sem o acionamento da chave do sistema atuado não executa os estágio corretamente. Testar se com o acionamento da chave de sistema atuado executa os estágios corretamente. Testar a falta de energia, e ver se o sistema retorna no estado de inicialização (amarelo piscante / vermelho total / entra em seu funcionamento). Resultado. O sistema obteve os resultados desejados, seguindo todos os requisitos. OK.

7. Rádios e antenas

Foi realizado um teste com as os rádios e antenas configurados para trabalhar com uma velocidade de 115200 kbps, sua velocidade máxima, e seu alcance foi de aproximadamente 2 km, onde foi considerada uma distância boa, e o sistema se comportou normalmente. O fabricante garante uma distância maior que o testado, até 8 km com visada, mas não foi feito realizado nenhum testes acima de 2 km.

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Figura 5.4 - Antenas montadas para simulação em maquete.

Na Figura 5.4 estão as antenas montadas para demonstração e simulação do sistema na maquete. Uma antena é ligada no controlador e a outra no computador.

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CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO

Com os testes realizados e com o protótipo pode-se afirmar que ao final do projeto, o Controlador de semáforo atende às expectativas inicialmente estabelecidas para o projeto.

PLANO DEFINIDO PARA SIMULAÇÃO

Para o cruzamento na maquete, o melhor plano encontrado foi o da Tabela 6.1. Para os planos de tempo, foram escolhidos tempos menores do que são usados em escala real, pois como o objetivo era demonstrar o sistema e ver seu funcionamento, não teria o porquê esperar tanto tempo para as trocas de estágio ocorrerem.

Estágios

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fases

1 2 3 4

5

atuado

Tabela 6.1 – Melhor plano encontrado para a simulação

Com este projeto foi possível notar a facilidade de se trabalhar em módulos, pois após ter feito os testes individuais, foi só conectar os módulos no sistema e o sistema funcionou sem ter que fazer qualquer correção. E como o módulo para o grupo focal foi projetado para ser uma placa por fase, é só conectar e endereçar quantas placas forem necessárias.

Figura 6.1 - Placas PCB do Grupo Focal interligadas com o Kit Desenvolvimento

A Figura 6.1 demonstra os módulos interligados entre si.

MODIFICAÇÕES FUTURAS

A mais ambiciosa modificação deste projeto é fazer com que tenha planos de tráfego adaptativos, utilizando inteligência computacional. Esta funcionalidade é a que realmente caracteriza um controlador semafórico inteligente, consiste na possibilidade da CPU do controlador identificar o volume de tráfego em cada via pertencente ao cruzamento viário e adaptar os tempos dos planos de tráfego a fim de otimizar o fluxo de veículos. A identificação do volume de tráfego ocorre com a utilização de sensores de superfície (laços indutivos) instalados nas vias a certa distância dos grupos focais. Estes sensores captam a presença

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de cada veículo e informam à CPU, esta por sua vez analisa o volume de veículos e modifica automaticamente os tempos de “verde” e “vermelho” priorizando um tempo maior de “verde” para a via com maior volume de tráfego. O controle adaptativo apresentado pelo controlador semafórico é concebido unicamente por lógica de software, não dependendo da estrutura de hardware senão apenas da capacidade deste prover a velocidade de processamento necessária à realização dos cálculos envolvidos na lógica de otimização dos planos de tráfego.

DIFICULDADES ENCONTRADAS

Abaixo se encontram os problemas obtidos durante a implementação do projeto. Ao desenvolver o projeto não foram encontradas grandes dificuldades. As dificuldades encontradas para hardware foram facilmente resolvidas com a simulação dos circuitos em software (Proteus). As de firmware e software também foram facilmente resolvidas utilizando o debug. A maior dificuldade para o desenvolvimento do projeto foi ao fazem a implementação e montagem do protótipo, mais especificamente na montagem das placas PCB Na Figura 6.2 temos a imagem em 3D, gerada pelo programa Proteus, e a imagem da placa confeccionada. Podemos notar que a placa confeccionada seguiu a risca o que foi planejado.

Figura 6.2 - Comparativo da placa do projeto com a placa real

A placa foi confeccionada através de uma máquina fresadora, ela realiza a remoção mecânica de uma fina camada de cobre ao longo do contorno de cada trilha individual a fim de isolar eletricamente do restante do cobre da placa. Ao soldar os componentes na placa confeccionada, houve certa dificuldade. Também ocorreu delas não funcionarem após o termino na montagem. Então como o projeto foi testado, simulado e montado em protoboard, tinha a certeza que os problemas eram na montagem, até mesmo por não ter experiência em montagem de placas feitas com uma fresadora, caso contrário teria minimizado o problema ao realizar o projeto da PCB. Nas placas confeccionadas em fresadoras os componentes devem ser soldados por cima e por baixo. Fazer a solda dos componentes por baixo da placa, não houve qualquer dificuldade, fazer a solda pelo lado de cima da placa onde as trilhas que ligadas os componentes estejam visíveis (Figura 6.3) também não há muita dificuldade, mas fazer a solda por cima da placa quando a trilha esta em baixo do componente existe certa dificuldade (Figura 6.4), pois a solda deve ser feita por baixo do componente. Para isso não se deve colocar os componentes até o final, deixando um espaço entre ele e a placa, assim é possível colocar o estanho por baixo do componente. Encostando-se à trilha e

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na perna do componente enquanto se esquenta a perna do componente (Figura 6.5 ). Também foi importante a escolha dos componentes a serem soldados primeiros.

Figura 6.3 – Trilha por cima da placa, ligada ao componente, que esta visível.

Figura 6.4 – Trilha por cima da placa, ligada ao componente, que esta por baixo do componente.

Figura 6.5 – Solda realizada por baixo do componente

Outra dificuldade encontrada foi que ao soldar os componentes na placa ocorrem respingos de estanhos na parte de cobre que estão isoladas eletricamente pela fresa, que normalmente não existiriam se a placa fosse confeccionada por corrosão ou processo similar. Ocorrendo em mais de um lugar pequenos resíduos de estanho podem fechar o contato, gerando um curto entre lugares diferentes. É muito difícil descobrir onde esta ocorrendo o curto. Então como solução passava o estilete entre as trilhas, na fresa, para garantir que qualquer resíduo de estanho seja removido. (Figura 6.6)

Figura 6.6 – Estilete entre as trilhas

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CAPÍTULO 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DENATRAN-CET – Manual De Semáforos - Serviços de Engenharia, Vol. 4, 2nd. Edição, Convênio DENATRAN-CET, Brasília - Brasil, 1984; DENATRAN-CET – Manual de Sinalização Urbana - Normas de Projeto, Vol. 6, Convênio DENATRAN-CET, Brasília - Brasil, 1978; HOFFMANN, Diego F., DE SOUZA, Marcelo; “Projeto de um controlador de tráfego urbano para gerenciamento de grupos semafóricos”, Trabalho de conclusão de curso, UFPR, 2005; MÜLLER, Gustavo S., SHIOKAWA DE JESUS, Paulo M.; “Projeto de um simulador de tráfego veicular”, Trabalho de conclusão de curso, UFPR, 2005; SILICON LABORATORIES, C8051F31X DEVELOPMENT KIT USER’S GUIDE, Datasheet, 2001

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ANEXO A – ARTIGO CIENTÍFICO

Controlador de semáforo, controlado e reconfigurado através de sistema sem fio (Wireless)

Fernando de Souza

Universidade Positivo Rua Francisco Derosso, 4304, Alto Boqueirão, Curitiba – PR, CEP – 81770-000

[email protected] Resumo. Este trabalho trata-se do projeto de um sistema de controle semafórico similar aos existentes atualmente no mercado, no entanto, oferecendo algumas vantagens aos consumidores finais em termos de facilidade de operação. O sistema apresenta grande flexibilidade, permitindo alterações futuras de acordo com as necessidades específicas de cada cliente e de acordo com o avanço tecnológico. Em sua grande maioria, os controladores de tráfego atualmente em utilização, operam de forma isolada, ou seja, sem conexão com demais controladores ou com uma central de controle. Para estes controladores, a sincronização dos ciclos de “verde” em uma mesma via torna-se uma tarefa bastante difícil e pouco confiável, pois, apesar de toda a programação ser manual, dificilmente o relógio de cada controlador funcionará completamente sincronizado com os dos demais, fazendo com que a sincronização dos “verdes” acabe se perdendo. Com todos estes problemas foi feito um estudo sobre o que existe no mercado atual. Ao pensar em criar recursos inovadores no sistema de controlador de semáforo, foi realizada uma visita às dependências do CTA (Central de trânsito de área) do município de Curitiba – PR situada na sede da DIRETRAN/URBS. Durante esta visita foi apresentada toda a estrutura semafórica existente no município de Curitiba. Com esta visita notou-se que o controlador deve possibilitar conexão com central de controle, enviando dados de fluxo de veículos e recebendo comandos remotos. É ai que entra o diferencial do projeto, pois a conexão com a central que normalmente é realizada através de linhas físicas será uma

conexão sem fio facilitando a instalação de semáforos “on-line” em mais pontos das grandes cidades. Palavras-chave: Semáforo, Sem fio, Semáforo on-line.

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INTRODUÇÃO

O problema da saturação das vias urbanas das grandes cidades mundiais é evidenciado cada vez mais (MÜLLER e JESUS, 2005). Praticamente todas as pessoas que vivem em cidades uma vez ao dia irão enfrentar o trânsito. O tráfego veicular caótico em algumas grandes capitais está chegando a um patamar que surpreende as previsões mais pessimistas. As implicações disso são inúmeras, tais como emissão de gases poluentes nocivos aos seres vivos e à camada de ozônio, perda desnecessária de tempo em trajetos curtos e stress dos motoristas são alguns exemplos.

Atualmente são poucas empresas que atuam na área de controle semafórico no território brasileiro, sendo que os equipamentos oferecidos por estas são, em sua maioria, bastante simples (HOFFMANN e SOUZA, 2005). Poucas cidades brasileiras possuem sistema semafórico interligado, isso compromete uma eficiência ótima no fluxo de veículos e conseqüentemente, acarreta maior perda de tempo e maior consumo de combustível.

O principal objetivo foi desenvolver um sistema de controle semafórico similar aos existentes atualmente no mercado, no entanto, oferecendo algumas vantagens aos consumidores finais em termos de facilidade de operação.

O sistema é planejado e implementado de forma a apresentar grande flexibilidade, permitindo alterações futuras de acordo com as necessidades específicas de cada cliente e de acordo com o avanço tecnológico.

1. Fundamentação Teórica

De acordo com o Manual de Semáforos do

DENATRAN/CONTRAN/MINISTÉRIO DA JUSTIÇA (DENATRAN-CET,1978), em cidades grandes, 50% dos tempos de viagens e 30% do consumo de gasolina são gastos com os carros parados nos cruzamentos com semáforos. Num semáforo de porte médio, por onde passam, em média 2.000 veículos por hora, perde-se, anualmente, em atrasos, aproximadamente, 40.000 horas. de referências).

Conceitos básicos. O semáforo é um dispositivo

de controle de tráfego que, através de indicações, luminosas transmitidas para motoristas e pedestres, alterna o direito de passagem de veículos e/ou pedestres em interseções de duas ou mais vias.

Compõe-se de focos luminosos afixados em grupos ao lado da via ou suspensos sobre ela, através de elementos de sustentação (postes) são conhecidos como grupos focais.

Movimentos conflitantes são dois ou mais movimentos que se cruzam numa interseção.

Movimentos convergentes são aqueles que possuem origens diferentes e mesmo destino.

Movimentos divergentes são aqueles que possuem destinos diferentes e mesma origem.

Aproximações do cruzamento são os trechos de via que convergem para a interseção.

Fase de um semáforo é a seqüência de indicação de cores de um semáforo (verde, amarelo, vermelho e, novamente, verde).

Ciclo de um semáforo é o tempo total, em segundos, para a completa seqüência de sinalização numa interseção.

Estágio ou intervalo é um dos vários períodos de tempo dentro do ciclo.

Um sistema de “controle de tráfego atuado” permite o controle dinâmico dos tempos de sinais de cada fase, incluindo as designadas para pedestres de acordo com a demanda necessária.

Período entreverdes é o tempo decorrido entre o fim do verde de uma fase, que está perdendo o direito de passagem, e o início de outra, que o está ganhando. Esse período pode ser igual ao tempo do amarelo, ou o tempo do amarelo mais o vermelho geral (vermelho de limpeza do cruzamento).

Diagrama de estágios é uma representação esquemática da seqüência de movimentos permitidos e proibidos para cada intervalo do ciclo.

Diagrama de tempos é um diagrama que associa os instantes de mudança dos estágios com a seqüência de cores e duração das fases.

Os planos para semáforos, são as tabelas de tempos de duração para cada fase e ciclo de cada grupo semafórico. São estudados e implementados visando minimizar as saturações de tráfego nos cruzamentos. Podem ser selecionados para atuar de maneira convencional, ou seja, tempos de atuação de cada plano e horário em que eles iniciam a operação, são definidos previamente no hardware, e não podem ser mudados; ou eles podem ter um controle inteligente, sendo selecionados para cada grupo semafórico dinamicamente de acordo com o fluxo de veículos, buscando otimizar o tráfego no cruzamento, e em caso de um sistema integrando vários controladores, buscar uma situação ideal de trânsito em uma região

Figura 2.1 – Diagrama de tempos

FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005 Controlador de Tráfego é um equipamento que

comanda o semáforo através do envio de pulsos elétricos para comutação das luzes dos focos. A determinação dos instantes em que os pulsos devem ser enviados é feita de duas maneiras:

Manual. – os comandos de verde, amarelo, vermelho são acionados de forma manual, geralmente por um guarda de trânsito. Neste tipo de operação, a duração dos estágios obedece a critérios pessoais de julgamento da situação de tráfego e, normalmente,

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nem o ciclo nem o tempo de verde das fases são constantes ao longo do tempo;

Automática. – o tempo de ciclo, duração e instantes de mudança dos estágios são definidos pelo controlador, através de uma programação interna, cuja lógica tanto pode ser bastante simples como sofisticada, dependendo do tipo de controlador em questão.

Nos controladores de tempo fixo o tempo de ciclo é constante, e a duração e os instantes de mudança dos estágios são fixos em relação ao ciclo.

Os controladores por demanda de tráfego são mais complexos que os de tempo fixo, por serem providos de detectores de veículos e lógica de decisão; sua finalidade básica é dar o tempo de verde a cada corrente de tráfego de acordo com sua necessidade, ajustando-se dinamicamente às flutuações de tráfego que podem ocorrer num cruzamento.

Formas de controle de tráfego. Apesar de não

haver muitos estudos publicados sobre as melhores formas de se controlar o tráfego nos centros urbanos, até pela complexidade envolvida neste conceito e diversas soluções possíveis, foram levantadas algumas técnicas utilizadas atualmente nos controladores de tráfego que apresentam resultados satisfatórios de acordo com dados divulgados por órgãos de trânsito.

Podemos, inicialmente, classificar os modos de funcionamento dos controladores de tráfego em 2 (duas) configurações distintas:

Isolado.: Modo no qual o controlador não possui qualquer interligação com o mundo exterior, nele o controlador não tem a necessidade de coordenação nem verificação do volume de tráfego.

Coordenado.: Modo em que existe conexão de dados que possibilite atuação conjunta entre controladores de uma mesma região de interesse, a fim de realizar controle especializado da mesma.

Em cada uma destas configurações distintas, os controladores podem ainda apresentar tipos de funcionamento distinto, conforme segue descrito:

Intermitente. – é o modo de operação em que os controladores de tráfego apresentam todas as fases simultaneamente em estado de alerta ou “amarelo piscante”. Geralmente isto ocorre no momento em que o controlador de tráfego é ligado, cessando após alguns segundos; quando ocorre alguma falha no correto funcionamento do sistema ou ainda quando há interação local por um operador, o qual força o controlar de tráfego a entrar neste modo de operação;

Manual. – Este modo é requerido em situações atípicas de tráfego em que o controlador deve ser operado por uma pessoa, agente de trânsito, no intuito de resolver a situação sem ter que alterar a programação do controlador. Esta situação pode ocorrer, por exemplo, em virtude de uma obra na pista, que atrapalhe o fluxo de veículos, ou no caso de algum evento que interfira no tráfego normal. Neste modo, os estágios (verde, amarelo, vermelho) do ciclo programado no semáforo são temporizados de

acordo com o desejo do operador, sendo a transição de um estagio para outro dado por comando deste;

Tempo Fixo. - Os controladores executam os planos de tráfego pré-determinados sem alteração nos tempos programados, maquina de estados finitos.

Atuado. - Muitas vezes não há a necessidade de dar direito de passagem a alguma via em todos os ciclos semafóricos, por exemplo, um retorno controlado por semáforo, este não necessita ser aberto em todos os ciclos, mas sim todos os ciclos em que exista veículo aguardando para fazer a conversão. Isso pode se tornar importante em casos de grande volume de tráfego, uma vez que uma conversão como esta pode representar o fechamento da via com maior tráfego sem necessidade podendo acarretar em congestionamento da mesma. Assim as execuções de algumas fases semafóricas devem ser feitas de acordo com a demanda, essa demanda pode ser detectada pelo controlador através de sensores instalados no pavimento ou em caso de pedestres através de botoeiras instaladas próximo as faixas de segurança, por exemplo, na estrutura de sustentação dos grupos focais.

O controlador de tráfego. Basicamente, um controlador de tráfego ou controlador semafórico tem por finalidade comandar os cruzamentos viários de forma a organizar o fluxo veicular de forma segura aos condutores. Entretanto, com a utilização de recursos eletrônicos atuais, um controlador semafórico pode realizar uma série de funções secundárias muito úteis ao planejamento e, conseqüente, melhoramento do fluxo viário.

Podemos dividir um sistema de controle semafórico em três grandes partes, sendo elas:

Controlador. – é responsável por comandar o funcionamento do semáforo de um cruzamento, este equipamento é constituído por componentes de hardware (placas, circuitos, componentes) como também por software.

Grupos Focais. – os grupos focais são as estruturas físicas montadas geralmente em braços metálicos que contém as luzes de orientação de trânsito (verde, amarelo e vermelho). Sua concepção é consideravelmente simples, nada mais sendo que estrutura metálica e plástica, cabos e lâmpadas.

Sensores de solo. – para possibilitar a detecção e contagem dos veículos que tráfegam em determinada via integrante de um cruzamento existem estruturas instaladas no pavimento asfáltico capazes de identificar veículos que trafeguem sobre as mesmas. Estes sensores têm por princípio de funcionamento as alterações eletromagnéticas provocadas pela massa metálica dos veículos ao transitar sobre os mesmos.

2. Especificação do Projeto

Em sua grande maioria, os controladores de

tráfego atualmente em utilização, operam de forma isolada, ou seja, sem conexão com demais controladores ou com uma central de controle (HOFFMANN e SOUZA, 2005). Para estes controladores, a sincronização dos ciclos de “verde” em uma mesma via torna-se uma tarefa bastante

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difícil e pouco confiável, pois, apesar de toda a programação ser manual, dificilmente o relógio de cada controlador funcionará completamente sincronizado com os dos demais, fazendo com que a sincronização dos “verdes” acabe se perdendo.

Entretanto, nos grandes centros urbanos, existem inúmeras vias com intenso fluxo de veículos exigindo uma otimização ótima da sincronização dos ciclos de “verde”, para estes casos normalmente utiliza-se controladores de tráfego interligados através de um concentrador de área a uma central de controle. Desta forma, a sincronização entre os semáforos pode ser programada de forma bastante fácil e confiável.

Considerando que o projeto proposto consiste da implementação de um sistema de controle de tráfego que apresente vantagens em relação aos encontrados atualmente no mercado, o funcionamento isolado ou em rede é suportado pelo sistema desenvolvido.

Requisitos mínimos do sistema. Um dos objetivos do projeto é que o sistema desenvolvido tenha vantagens sobre o que existe atualmente no mercado e existem funcionalidades mínimas que o sistema deve cumprir, as quais são comuns nos controladores semafóricos utilizados atualmente.

Controle de cruzamento viário simples. Esta é a funcionalidade básica que um controlador semafórico propõe-se a cumprir. (HOFFMANN e SOUZA, 2005) Consiste simplesmente do controle de dois ou mais grupos focais em um cruzamento entre duas vias, o equipamento deve intercalar os estados semafóricos entre uma via e outra, hora “verde” numa e “vermelho” na outra, hora vice-versa.

Evidentemente deve haver controles contra falhas, principalmente contra a condição de sinal aberto (verde) em ambas as vias simultaneamente. Deve haver a possibilidade da programação de planos de tráfego a fim de otimizar os tempos de “verde”, “amarelo” e “vermelho”. Deve haver a possibilidade do controle de pelo menos duas fases semafóricas.

Controle de cruzamentos viários complexos. Esta funcionalidade ainda é considerada básica para um controlador semafórico, pois consiste na possibilidade do mesmo controlar várias fases semafóricas em um cruzamento entre duas ou mais vias, ou ainda, cruzamentos com conversões controladas.

Existem no mercado, atualmente, controladores capazes de controlar até 32 (trinta e duas) fases semafóricas, entretanto, é quase impossível existir um número deste de fases.

Para o projeto de controlador semafórico apresentado, foi planejada a possibilidade do controle de 16 (dezesseis) fases semafóricas, este número é suficiente para aplicações nos grandes centros urbanos.

Programação de planos de tráfego de acordo com horários pré-definidos. Esta funcionalidade consiste na possibilidade de se programar vários planos de tráfego em um controlador semafórico e também, programar os horários de atuação de determinados planos semafóricos.

Estes horários e planos são ajustados visando otimizar o tráfego e são definidos a partir de estudos

de engenharia de tráfego no cruzamento em que o controlador semafórico encontra-se instalado.

Entende-se por planos semafóricos cada conjunto de tempos de “verde”, “amarelo” e “vermelho” em cada via do cruzamento, uma nova configuração destes tempos forma um novo plano de tráfego.

Sincronização entre controladores semafóricos. Esta é uma das mais importantes funcionalidades a serem implementadas no controlador semafórico, pois é através da sincronização, ou coordenação, dos semáforos no decorrer de uma via que se pode efetivamente otimizar o fluxo de tráfego.

A sincronização entre controladores semafóricos que não dispõe de controle de fases adaptativo não se torna demasiadamente complicado, pois basta acrescentar certo atraso aos planos de tráfego de forma a considerar o tempo necessário para que os veículos percorram a distância entre os cruzamentos semaforizados.

Entretanto, conciliar o controle adaptativo de fases com a sincronização entre controladores semafóricos torna-se uma tarefa bastante complexa, tendo em vista o grande número de variáveis envolvidas na lógica necessária para o correto funcionamento dos controladores semafóricos nesta situação.

Este recurso também não demanda alterações na arquitetura de hardware, sendo implementado basicamente através de lógica de software.

Esta funcionalidade não será implementada no protótipo, pois o mesmo exigiria mais de um equipamento para poder existir o sincronismo.

Conexão “on-line” com central de tráfego. Esta funcionalidade consiste na possibilidade do controlador semafórico apresentar o recurso de manter uma conexão remota com uma central de controle, esta conexão permite a interação junto ao funcionamento do controlador semafórico tanto no âmbito de checagem de parâmetros de funcionamento como também alteração de configurações.

Todos os recursos necessários para implementação de conexão remota são, basicamente, determinados através de softwares capazes de prover a intercomunicação entre controlador semafórico e central de controle. Nestes softwares estão definidos todos os protocolos de comunicação como também comandos específicos de controle. Na parte de hardware faz-se necessário, basicamente, apenas um modem para que, através de uma linha física, estabeleça uma conexão com a central de controle.

No projeto em questão não haverá um modem para a conexão através da linha física e sim uma antena de radio que faz a transmissão e recepção dos dados com a central.

Especificação. A partir dos estudos realizados e da determinação dos requisitos mínimos necessários a serem atendidos pelo controlador de tráfego, elaborou-se uma especificação básica do sistema projetado.:

O sistema deve ter capacidade de controlar até 16 fases semafóricas simultaneamente;

No caso de falta de energia, o controlador deve manter o relógio e também deve retornar ao modo

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normal de operação quando da restituição normal do fornecimento de energia;

O controlador deve ter possibilidade de operar nos seguintes modos: Intermitente; Coordenado a tempos fixos; Coordenado atuado; Autônomo a tempos fixos; Autônomo atuado;

O controlador deve realizar detecção das correntes fornecidas às lâmpadas dos grupos focais a fim de detectar lâmpadas “queimadas”;

O controlador deve ter proteção contra verdes conflitantes;

O controlador deve ter capacidade de realizar contagem de veículos;

O controlador deve possibilitar conexão com central de controle, enviando dados de fluxo de veículos e recebendo comandos remotos;

É no item anterior que está o diferencial do projeto, pois a conexão com a central que normalmente é realizada através de linhas físicas será uma conexão sem fio.

O sistema deve possuir bateria para armazenamento de relógio;

O controlador deve possibilitar a atuação por botoeira de pedestre;

O controlador deve possuir dispositivo de reinicialização em caso de falhas (“watch-dog”);

Diagrama macro do sistema. A estrutura macro

de um controlador de tráfego é consideravelmente simples, composta basicamente de três elementos já citados anteriormente, grupos focais, sensores de solo para detecção de veículos, controlador propriamente dito e central de controle.

Figura 3.1 – Diagrama ilustrativo apresentando

estrutura macro de um controlador de tráfego. FONTE HOFFMANN e SOUZA, 2005 Normalmente, os usuários comuns das vias de

trânsito urbano não têm a mínima noção de como realmente funcionam os controladores de tráfego. Em uma primeira impressão, um cruzamento controlado por semáforo, parece unicamente constituído de luzes que se acendem e apagam determinando a possibilidade ou não dos veículos transitarem, sem muito controle de eficiência empregado. No entanto, um controlador de tráfego é um sistema bastante complexo e importante para o para o bom andamento do trânsito em qualquer via.

Como já foi comentado, o diferencial deste projeto é a comunicação do controlador de semáforo e a central de controle através da tecnologia sem fio.

Figura 3.2 – Diagrama da estrutura macro do

controlador de semáforo referente a este projeto Na Figura 3.2 temos outro diagrama macro do

sistema. Podemos notar um detector de lâmpadas queimadas, que sua função será de medir a corrente das lâmpadas acesas, e transmitir para o CPU através de um conversor A/D, assim podendo detectar lâmpadas queimadas e enviar alerta a central de controle. Também podemos notar que a controladora se comunica com a central através de uma antena, para que possa ser monitorado e reconfigurado. O software da central receberá e enviará os dados através de outra antena.

O Software da Central será responsável em receber os estados do semáforo, contagem dos veículos, os alertas (ex. lâmpada queimada) e o envio das configurações, planos de tráfego.

Figura 3.4 – Diagrama da estrutura macro da CPU

do controlador de semáforo. Na Figura 3.4 esta o diagrama macro dos módulos

dos softwares da CPU que se encontra na Figura 3.3.

3. Projeto No projeto de hardware, firmware e software têm

os diagramas esquemáticos, fluxogramas e protótipos de telas. Mas para a simplificação deste artigo

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encontraremos aqui apenas os diagramas principais do sistema.

No projeto de hardware os principais diagramas esquemáticos são dos modulos Grupo Focal e ligação do Kit Desenvolvimento C8051F310 para o sistema junto da leitura dos sensores.

Figura 4.1 - Diagrama esquemático do Grupo Focal

No dip SW1 é responsável pela configuração do

endereçamento do Grupo Focal. Caso o endereço do barramento A[0..3] for igual

ao configurado, o Grupo Focal terá seu estado ou sua leitura de corrente, de acordo com o desejado, ENABLE_LED ou ENABLE_CORRENTE.

O estado dos Leds (Vermelho, Amarelo, Verde ou Apagado) é definido pelo barramento S[0..1]

Valor Hexadecimal Estado

0H Apagado 1H Verde 2H Amarelo 3H Vermelho

Tabela 4.1 Tabela de estados do Grupo Focal, barramento S[0..1]

Na tabela 4.1 estão os valores dos estados

existentes no grupo focal, cada número representa um estado.

No projeto do firmware os principais diagramas fluxogramas são dos módulos: Lâmpadas Queimadas, Verde Conflitante e Execução de Planos.

Figura 4.3 Fluxograma do modulo do Firmware, Lâmpada Queimada.

Na Figura 4.3 está o fluxograma do modulo de

Lâmpada Queimada. Este modulo faz a verificação de todos os grupos focais. Caso seja detectado uma lâmpada do estado vermelho queimado o modulo aciona o modulo Amarelo Piscante. O modulo, por fazer a varredura de todos os grupos focais, também faz a chamada do modulo de Verdes Conflitantes dos grupos focais que estão com seu estado em verde.

Inicio

Zerar Endereço do grupo focal

Addr = 0

Grupo Focal = Verde?

Fim

Grupo focal atual está Verde?

GF [addr] = verde

Próximo Grupo Focal

Já Verificou todos os grupos focais?

Sim

Não

Sim

Grupo Focal atual é conflitante com o Grupo Focal em Verificação?

Não

NãoSim

NãoAmarelo piscante(MODULO)

Sim

Figura 4.4 - Fluxograma do modulo do Firmware, Verde Conflitante.

Na Figura 4.4 está o fluxograma do modulo de

Verde Conflitante. Quando um verde conflitante é detectado é feita a chamada do módulo de Amarelo Piscante e avisa a central do problema.

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Inicio

Amarelo Piscante

Vermelho Total

Carrega estágio

Ajusta as fases com os estágios carregados

Verifica Verde conflitantes e se existem lâmpadas

queimadas

Carrega o tempo do estágio

Já esgotou o tempo do estágio atual?

Espera clock de 1s

Decrementa o contador atual do

estado

Não

Próximo estágio

Sim

Envia estágio atual para a central

Figura 4.5 - Fluxograma do modulo do Firmware, Execução de Planos.

Na Figura 4.5 está o fluxograma do modulo de Execução dos Planos. O módulo é responsável em verificar os planos de tráfego e executá-los.

4. Resultados

Teste do Modulo de Grupo Focal. Ligar um multimetro na saída

OUT_CORRENTE; Alimentar o circuito; Configurar um endereço do modulo, nas chaves

de endereçamento; Colocar nivel logico no barramento A[3..0] que

simule o endereço configurado; Colocar ENABLE_LED e

ENABLE_CORRENTE no nivel logico baixo; Fazer todas as combinações de estados no

barramento S[1..0]; Verificar se os Leds não acendem em nenhum

momento; Resultado. Não foi acesso nenhum Led. Verificar se a tensão que esta marcando no

multimetro é sempre a mesma (5V); Resultado.A tensão permaneceu em 5V. Colocar nivel alto no ENABLE_LED;

Repita o procedimento de passar por todos os estados no barramento S[1..0]

Agora quando mudar os estados (00,01,10,11) os leds devem mudar de estado;

Resultado. Os leds acenderão de acordo com o esperado, ficando apagado no estado “00”.

Faça o mesmo procedimento com o

ENABLE_CORRENTE também em nível alto; O valor marcado no multímetro deve ser sempre

menor que (5V); Resultado. Nos leds que estão acesos a tensão é

menos que 5V. Colocar o estado em verde (01H) e colocar o

ENABLE_CORRENTE em nível baixa; Repetir o procedimento de mudar os estados do

barramento S[1..0] e verifique se o multímetro marca 5V, quando o estado está diferente de verde, pois quando o estado esta no verde ele deve marcar uma tensão menor que 5V (aprox. 2.5V);

Resultado. Nos leds que estão acesos a tensão é menos que 5V e nos apagados a tensão medida é de 5V.

Repetir o procedimento anterior para todos os

estados; Resultado. Comportaram-se como o esperado. Repetir todos os testes com o endereço do

barramento S[0..3] diferente do configurado; Os estados não podem mudar, permanecendo

como esta; Resultado. Ocorreu o esperado. Teste do Firmware. Colocar um plano de tráfego; Verificar se o mesmo se comportando como

esperado; Resultado. A execução foi de acordo com o

programado. Configurar em horário de troca de plano. Verificar se houve a troca do plano de tempos no

horário programado. Resultado. A troca foi executada no inicio do

próximo ciclo após ter passado o horário programado. Remover um led Vermelho. Verificar se o controlador entra em modo alerta

assim que o led seria acendido. Resultado. O sistema entro em modo de alerta

(amarelo piscante) assim que foi detectado a falta do led vermelho.

Forçar o acendimento continuo de um led verde e verificar se ao aceder os verdes conflitantes o sistema entra em modo de alerta.

Resultado. O sistema entrou em modo de alerta assim que foi detectado que os verdes conflitantes acenderam ao mesmo tempo.

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5. Agradecimentos A Deus, o que seria de mim sem a fé que eu tenho

nele. Aos meus pais, irmã, minha esposa Franciele

Fernanda e a toda minha família que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.

Ao professor Valfredo Pilla pela paciência na orientação e incentivo que tornaram possível a execução deste projeto.

Ao apoio recebido pela empresa Consilux Tecnologia, a qual cedeu sua estrutura de equipamentos e laboratórios para o desenvolvimento do projeto, representada pelo diretor presidente Sr. Aldo Vendramin e diretor industrial Diego Fernando Hoffmann

Agradecemos também a toda equipe de funcionários da empresa pelo auxílio técnico prestado. Finalmente, mas não menos importante, amigos, colegas e professores, além de outras pessoas que se envolveram e contribuíram de alguma forma, direta ou indireta, para realização deste projeto.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DENATRAN, Manual De Semáforos, 2nd. Edição, 1984; DENATRAN-CET – Manual de Sinalização Urbana - Normas de Projeto, Vol. 6, Convênio DENATRAN-CET,1978; HOFFMANN, Diego F., DE SOUZA, Marcelo; “Projeto de um controlador de tráfego urbano para gerenciamento de grupos semafóricos” , 2005; MÜLLER, Gustavo S., SHIOKAWA DE JESUS, Paulo M.; “Projeto de um simulador de tráfego veicular” , 2005; SILICON LABORATORIES, C8051F31X DEVELOPMENT KIT USER’S GUIDE, 2001

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ANEXO B – MANUAL

MANUAL

CONTROLADOR DE SEMÁFORO, CONTROLADO E RECONFIGURADO ATRAVÉS

DE SISTEMA SEM FIO

SOFTWARE

• Instalação

A instalação do software é feita apenas pela copia dos arquivos no disco rígido.

• Porta Serial

Para permitir a comunicação entre o microcomputador e o rádio transmissor você deve

conectar o DB9 do rádio na porta serial do microcomputador. Pode ser usado com conversor

USB.

• Escolha da porta a ser utilizada

Ao abrir o software ele irá perguntar qual a porta serial que está instalado o rádio

transmissor, como mostra a Figura1

Figura 1 – Configuração da porta serial

UTILIZAÇÃO DO SISTEMA

A utilização do sistema é muito simples e intuitiva.

Na tela inicial, irá conter uma lista dos equipamentos, Figura 2

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Figura 2 – Tela de listagem dos equipamentos.

Nesta tela contém o número do controlador, o nome, o relógio do controlador (se on-line), o

status do equipamento (on-line ou off-line).

Na parte inferior do programa existe 4 botões, Visualizar, Reiniciar, Sincronizar e Enviar

Config.

Estas opções só são permitidas se o equipamento selecionado estiver on-line.

• Visualizar

Esta tela você consegue ver qual estágio o equipamento se encontra, as configurações que

nele estão, se existe alguma falha e se existe lâmpadas queimadas.

Figura 3 – Tela de visualização dos equipamentos

• Reiniciar

Este botão reinicia o controlador, com ele iniciando em amarelo piscante. Esta opção

geralmente é utilizada quando o controlador sofre alterações nos planos de cores.

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• Sincronizar

Este botão faz o sincronismo manual do relógio do computador com o controlador

selecionado.

• Enviar Config

Este botão serve para enviar o arquivo de configuração do microcomputador para o

controlador.

• Arquivo de configuração

O arquivo de configuração é um arquivo .ini que deve conter a seguinte estrutura:

[CFG] n_fases=[número de fases] n_estagio=[número de estágios] n_planos=[número de planos] n_schedules=[número de programações] sensores_contadores=[sensores que são contadores] [estagio_00] fase_00=[código das cores] ... fase_nn=[código das cores] prox_estagio_sem_demanda=[próx.estágio se não houve r demanda] prox_estagio_demanda=[próx.estágio se houver demand a] sensor_demanda=[sensor que servirá de demanda] [estagio_01] fase_00=[código das cores] ... fase_nn=[código das cores] prox_estagio_sem_demanda=[próx.estágio se não houve r demanda] prox_estagio_demanda=[próx.estágio se houver demand a] sensor_demanda=[sensor que irá setar demanda] [estagio_nn] fase_00=[código das cores] ... fase_nn=[código das cores] prox_estagio_sem_demanda=[próx.estágio se não houve r demanda] prox_estagio_demanda=[próx.estágio se houver demand a] sensor_demanda=[sensor que irá setar demanda] [plano_00] estagio_00=[tempo do estágio] estagio_01=[tempo do estágio] estagio_nn=[tempo do estágio] [plano_01] estagio_00=[tempo do estágio] estagio_01=[tempo do estágio] estagio_nn=[tempo do estágio] [plano_nn] estagio_00=[tempo do estágio] estagio_01=[tempo do estágio] estagio_nn=[tempo do estágio]

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[schedules_00] hora=[hora do inicio do plano] minuto=[minuto do inicio do plano] dia_in=[primeiro dia da semana que o plano é válido ] dia_fim=[última dia da semana que o plano é válido] n_plano=[número do plana a ser executado] [schedules_01] hora=[hora do inicio do plano] minuto=[minuto do inicio do plano] dia_in=[primeiro dia da semana que o plano é válido ] dia_fim=[última dia da semana que o plano é válido] n_plano=[número do plana a ser executado] [schedules_nn] hora=[hora do inicio do plano] minuto=[minuto do inicio do plano] dia_in=[primeiro dia da semana que o plano é válido ] dia_fim=[última dia da semana que o plano é válido] n_plano=[número do plana a ser executado] [verde_conflitante] fase_00=[bits correspondentes as fases conflitantes ] fase_01=[bits correspondentes as fases conflitantes ] fase_nn=[bits correspondentes as fases conflitantes ]

HARDWARE

• Montagem

Para fazer a montagem entre as placas basta conectar os cabos entre os módulos do grupo

focal e o kit desenvolvimento como na Figura 4.

Figura 4 – Interligação entre as placas

• Configuração do grupo focal

Deve ser configurado o endereçamento em cada placa do grupo focal nos dips Figura 5.

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Figura 5 – Dip de configuração do endereço da placa do grupo focal.

controlador de semÁforo, controlado e …...termo de aprovaÇÃo fernando de souza controlador de...

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