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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Alexandre Alberto Cardoso Rössmann
Desenvolvimento de um Protótipo para Medição do Índice Ultravioleta na
Superfície Terrestre
São Carlos
2012
Alexandre Alberto Cardoso Rössmann
Desenvolvimento de um Protótipo para Medição do Índice Ultravioleta na
Superfície Terrestre
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
à Escola de Engenharia de São Carlos, da
Universidade de São Paulo
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase
em Eletrônica
ORIENTADORA: Prof. Dra. Liliane Ventura
São Carlos
2012
AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO,POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINSDE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Rössmann, Alexandre Alberto Cardoso R837d Desenvolvimento de um Protótipo para Medição do
Índice Ultravioleta na Superfície Terrestre / AlexandreAlberto Cardoso Rössmann; orientadora Liliane Ventura.São Carlos, 2012.
Monografia (Graduação em ) -- Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2012.
1. Medidor de Índice Ultravioleta. 2. Radiação Ultravioleta. 3. Sensores UVB. 4. Sensores de ÍndiceUV. I. Título.
Dedicatória
A Deus e à minha família, pela força e apoio em todas as horas.
Agradecimentos
À Prof. Liliane Ventura, pela orientação, respeito e por ser parte importante da minha
formação profissional;
À minha família, pelo apoio e confiança no meu modo de seguir a minha vida;
À minha namorada, Juliana Parada, pelo amor e carinho em todos os momentos, pela
leitura e correção de erros de Português deste trabalho;
Aos amigos Marcio Mello, Luis Lopes, Matheus Figueiredo e Rodrigo Chaves, do
Laboratório de Instrumentação Oftálmica (LIO - Departamento de Engenharia Elétrica -
EESC - USP), pelas ajudas e pela paciência ao longo do trabalho;
Aos amigos Thallys Lima, Dellayne Grillo, Vinícius Campos e Fausto Rodrigues pela
amizade em todos os momentos;
Aos funcionários do Departamento de Engenharia Elétrica (EESC - USP), em especial
à Jussara Zoia, por todas as dúvidas sanadas e ajudas prestadas;
Aos Professores e técnicos do Departamento de Engenharia Elétrica (EESC - USP) por
terem contribuído em todos os aspectos da minha vida acadêmica e na minha formação
como Engenheiro Eletricista;
À FAPESP (processo 2011/06079-2) e ao Laboratório de Instrumentação Oftálmica,
pelo apoio financeiro deste projeto.
Sumário
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
Lista de Símbolos e Abreviaturas p. 21
Resumo p. 23
Abstract p. 25
1 Introdução p. 27
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28
1.2 Estrutura do Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28
2 Estado da Arte p. 29
2.1 Radiação Solar e Atmosfera Terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 29
2.2 Radiação Ultravioleta (UV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 31
2.3 Fatores Determinantes da Radiação UV na Terra . . . . . . . . . . . . p. 32
2.3.1 Elevação do Sol ou Ângulo Solar Zenital . . . . . . . . . . . . . p. 32
2.3.1.1 Hora do Dia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 34
2.3.1.2 Estação do Ano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 34
2.3.1.3 Latitude Geográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 34
2.3.2 Nuvens e Névoa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35
2.3.3 Altitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
2.3.4 Reflexão de Superfície . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
2.4 Interação da RUV e o Ozônio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36
2.5 Efeitos da Radiação UV nos Seres Humanos . . . . . . . . . . . . . . . p. 38
Espectro de Ação do Eritema . . . . . . . . . . . . . . . p. 38
2.6 Índice UV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 39
3 Materiais e Métodos p. 45
3.1 O Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 45
3.2 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 46
3.2.1 Sensor de Índice Ultravioleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 46
3.2.2 Protótipo da Fonte de Alimentação . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49
3.2.3 Protótipo de Teste - PIC24FJ64GB002 . . . . . . . . . . . . . . p. 52
3.2.4 Protótipo de Teste - Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 56
3.2.5 Protótipo Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 57
3.2.6 Programação - Protótipo Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 62
3.2.6.1 Programação dos módulos Bluetooth . . . . . . . . . . p. 62
3.2.6.2 Programação do PIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 64
3.2.7 Placas Finais - Módulo 1 e Módulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . p. 66
4 Resultados p. 69
4.1 Testes com o Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 69
4.1.1 Testes com o Protótipo da Fonte de Alimentação . . . . . . . . p. 69
4.1.2 Testes com o Protótipo do Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . p. 69
4.1.3 Testes com o Protótipo Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
4.2 Comparações com o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais . . . . . p. 73
4.3 Discussão dos Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 76
4.4 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 77
4.5 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 77
Referências p. 79
Apêndices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 81
Apêndice A - Esquemático do protótipo da fonte de alimentação . . . . p. 81
Apêndice B - Esquemático do protótipo de teste do PIC24FJ64GB002 . p. 82
Apêndice C - Esquemático do protótipo de teste do Bluetooth . . . . . p. 83
Apêndice D - Esquemático da placa final do módulo 1 . . . . . . . . . . p. 84
Apêndice E - Esquemático da placa final do módulo 2 . . . . . . . . . . p. 85
Apêndice F - Código fonte do protótipo final . . . . . . . . . . . . . . . p. 86
Apêndice G - Dados obtidos pelo site do INPE . . . . . . . . . . . . . . p. 90
Lista de Figuras
1 O espectro eletromagnético em relação à frequência em Hz [Alterada de
http://www.fisica.ufs.br/egsantana/cuantica/negro/espectro/espectro.
htm em 15/10/2012]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30
2 Comparação entre radiação solar e corpo negro [2]. . . . . . . . . . . . p. 30
3 Delimitações da faixa do espectro eletromagnético no qual se encontra
a radiação ultravioleta [Alterada de: http://www.akarilampadas.com.
br/informacoes/desinfeccao-ultravioleta-uv.php]. . . . . . . . . p. 31
4 Fatores que afetam o nível de radiação ultravioleta que atinge a superfície
terrestre [Alterada de: WORLD HEALTH ORGANIZATION, Global
Solar UV-Index: A Pratical Guide]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 33
5 Geometria para medidas de ultravioleta solar[10]. . . . . . . . . . . . . p. 34
6 Nível de concentração do buraco na camada de ozônio é menor que a mé-
dia global [Alterada de: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/
dobson.html em 29/09/2012]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 38
7 Referência do espectro de ação do eritema adotados pela CIE e IEC. . . p. 39
8 Espectro de ação do Eritema simulado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41
9 Aplicação da ponderação do eritema [Alterada de: KIEDRON, P. et al.,
Instantaneous UV Index and Daily UV Dose Calculations]. . . . . . . . p. 41
10 Curva típica de variação do índice UV ao longo do dia [Alterada de:
WORLD HEALTH ORGANIZATION, Global Solar UV-Index: A Pra-
tical Guide.]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 42
11 Classificação do IUV por cores [Retirada de: http://satelite.cptec.
inpe.br/uv/ em 07/11/2012]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 43
12 Tempo para queimar a pele em minutos de acordo com o tipo de pele
[Alterada de: VANICEK, K. et al., UV-Index for the Public.]. . . . . . p. 44
13 Curso anual do IUV para diferentes latitudes ao meio-dia, em dias claros
e ao nível do mar. Curso diário de IUV para diferentes latitudes em
Junho e em dias claros [Alterada de: VANICEK, K. et al., UV-Index for
the Public.]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 44
14 Diagrama de blocos ilustrativo do protótipo para medição do índice ul-
travioleta na superfície terrestre desenvolvido no LIO. . . . . . . . . . . p. 46
15 Foto do sensor de IUV [Folha de dados do fabricante: http://www.
sglux.com/uploads/tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.
pdf]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 47
16 Curva de ação eritêmica da CIE comparada ao do sensor de IUV [Folha de
dados do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/
datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 47
17 Ângulo de recepção do sinal, isto é, correção de cosseno do sensor de
IUV [Folha de dados do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/
tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf]. . . . . . . . . p. 48
18 Circuito proposto pelo fabricante para a medição do IUV [Folha de da-
dos do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/
datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49
19 PCI projetada e montada do protótipo da fonte de alimentação. . . . . p. 50
20 Montagem do protótipo da fonte de alimentação. . . . . . . . . . . . . p. 50
21 Diagrama de blocos ilustrativo do protótipo da fonte de alimentação. . p. 51
22 Encapsulamento do PIC24FJ64GB002 [Folha de dados do fabricante:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39940d.pdf]. p. 53
23 Comunicações realizadas pelo PIC24FJ64GB002 no módulo 1 e no mó-
dulo 2, respectivamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 54
24 Configuração dos osciladores indicada pelo fabricante [Alterada da fo-
lha de dados do fabricante: http://ww1.microchip.com/downloads/
en/DeviceDoc/39940d.pdf]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55
25 Placa de circuito impresso projetada para o protótipo de testes do PIC. p. 55
26 PCI com os componentes do protótipo de testes do PIC. . . . . . . . . p. 56
27 Diagrama de blocos do funcionamento interno do RN-41 [Folha de dados:
http://www.rovingnetworks.com/resources/download/18/RN_41]. . p. 56
28 Pinagem do RN-41 [Folha de dados: http://www.rovingnetworks.com/
resources/download/18/RN_41]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 57
29 Frente e verso da PCI projetada para este protótipo de teste. . . . . . . p. 58
30 PCI com os componentes do protótipo de testes do Bluetooth. . . . . . p. 58
31 Módulo RN-42-SM [Folha de dados: http://www.rovingnetworks.com/
resources/download/20/RN_41_SM_RN_42_SM.] . . . . . . . . . . . . . p. 58
32 Diagrama de blocos do funcionamento do protótipo final. . . . . . . . . p. 59
33 Montagem do protótipo final. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 59
34 Modelo utilizado para simular o sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 61
35 Esquemático utilizado para a comunicação USB. . . . . . . . . . . . . . p. 61
36 Funcionamento dos LED’s e seu respectivo esquemático. . . . . . . . . p. 62
37 Diagrama de blocos representativo do software do PIC. . . . . . . . . . p. 65
38 Frente e verso do hardware final do módulo 1 com ênfase nos seus periféricos. p. 66
39 Frente e verso do hardware final do módulo 2 com ênfase nos seus periféricos. p. 67
40 Tensão de 12 V no protótipo da fonte de alimentação. . . . . . . . . . . p. 70
41 Tensão de 5 V no protótipo da fonte de alimentação. . . . . . . . . . . p. 70
42 Tensão de 3,3 V no protótipo da fonte de alimentação. . . . . . . . . . p. 71
43 Comunicação entre os rádios Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 71
44 Comunicação USB entre o PIC e o PC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72
45 Conexão entre os módulos Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 73
46 Comparação das medidas feitas com o CPTEC. . . . . . . . . . . . . . p. 75
47 Classificação das medidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75
48 Classificação das medidas obtidas no sítio do CPTEC. . . . . . . . . . . p. 76
49 Dados obtidos pelo site do INPE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 92
Lista de Tabelas
1 Limites de duração de exposição à RUV em relação aos limites de expo-
sição [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 32
2 Latitudes das estações de medidas e valores máximos e mínimos de ângulo
solar zenital [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 33
3 Porcentagem de UVB e UVA recebidos diariamente durante vários pe-
ríodos de dias claros de verão. [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35
4 Valores típicos de radiação UVB ambiente, diário e anual, expressos em
unidades de MED [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35
5 Variação do valor de 1MED em relação ao tipo de pele, entre outros
fatores [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 38
6 Categorias de exposição da radiação UV. [2][4] . . . . . . . . . . . . . . p. 43
7 Variação do valor de 1MED em relação ao tipo de pele, entre outros
fatores [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 43
8 Resultados obtidos para cada valor de tensão do protótipo projetado. . p. 69
9 Medidas realizadas com o sensor de índice UV. Medidas foram compa-
radas com o INPE e com os dados do CPTEC para a cidade de São
Carlos-SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 74
Lista de Símbolos e Abreviaturas
CIE Commission Internationale de l’Eclairage
CPTEC Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
GMT Greenwich Mean Time
ICNIRP International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
IEC International Electrotechnical Commission
INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
IUV Índice Ultravioleta
LED Light-emitting Diode
MED Minimal Erithemal Dose
OMS Organização Mundial de Saúde
PCI Placa de Circuito Impresso
RUV Radiação Ultravioleta
SMD Surface Mount Device
UNEP United Nations Environment Programme
UV Ultravioleta
UVI Ultraviolet Index
WHO World Health Organization
WMO World Meteorological Organization
Resumo
O índice ultravioleta foi criado em vários locais do mundo para estabelecer padrões
únicos de divulgação de intensidade da radiação ultravioleta na superfície terrestre. Neste
trabalho foi desenvolvido um protótipo eletrônico para a medição do índice UV na su-
perfície terrestre, mais precisamente na área 1 do campus da USP em São Carlos (SP),
Brasil. O sistema consistiu de um sensor para radiação ultravioleta, com sensibilidade
espectral na faixa de 200 a 400 nm, com correção de cosseno para o ângulo solar zenital,
que integra a irradiância UV ao espectro de ação do eritema, segundo Comissão Interna-
cional de Iluminação, com um erro menor que 3%, fornecendo dados de índice UV numa
taxa de 0,115 V por índice UV. Consistiu, também, de dois módulos microcontrolados
com comunicação entre eles via Bluetooth, e do segundo com interface para o computador
via USB. Medidas foram obtidas com o sistema desenvolvido e os dados foram compara-
dos com os fornecidos pelo site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). O
protótipo desenvolvido será posteriormente conectado a um painel eletrônico, que ficará
disponível ao público no Departamento de Engenharia Elétrica da EESC/USP.
Palavras-chave: Medidor de Índice Ultravioleta, Radiação Ultravioleta, Sensores UVB/Índice-
UV
Abstract
The ultraviolet index (UVI) was created in several locations around the world to
establish unique patterns for dissemination of ultraviolet radiation intensity on earth’s
surface. We have developed an electronic prototype for the measurement of UV index on
Earth surface, more precisely at the USP campus in São Carlos (SP), Brazil. The system
consists of an ultraviolet sensor with spectral sensitivity range of 200 to 400 nm and
cosine correction for solar zenith angle, which integrates UV irradiance to the erythema
action spectrum, according to International Commission on Illumination, with an error
less than 3%, providing UV index data at a rate of 0.115 V by UVI. Consist also of two
microcontrolled modules with communication via Bluetooth, and the second interfaces
computer via USB. A few measurements were obtained with the developed system and
the results were compared with the provided by Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(INPE) website. The prototype will then be connected to an electronic panel and it will
be available to the public at the Departament of Electrical Engineering (EESC/USP).
Keywords: Ultraviolet Index Meter, Ultraviolet Radiation, UVB/UV-Index Sensors
27
1 Introdução
A radiação ultravioleta (RUV) tráz muitos efeitos benéficos e, também, maléficos
se ultrapassarem os limites considerados seguros. Caso isso aconteça, os seres humanos
devem tomar medidas preventivas, particularmente, na pele e nos olhos [3]. Exposições
prolongadas à RUV podem causar à saúde humana efeitos agudos e crônicos na pele, nos
olhos e no sistema imunológico. A longo prazo, podem causar degenerações nas células, nos
tecidos fibrosos e nos vasos sanguíneos levando a um envelhecimento precoce. A radiação
UV pode causar, também, reações inflamatórias nos olhos, como as fotoqueratites. [4] [5]
[6] [2].
Entretanto, a exposição à RUV não tráz apenas efeitos maléficos à saúde humana e
dos animais, ela é indispensável à nossa saúde, mas em pequenas quantidades [4] [5] [6] [2].
Apenas 15 minutos de sol da primavera na palma das mãos é suficiente para a produção de
vitamina D (vitamina D3), que é transportada aos órgãos via corrente sanguínea [6]. Suas
ações principais envolvem: prevenção de raquitismo, liberação de hormônios, absorção de
nutrientes, dentre outros [5].
Os dois problemas de saúde pública principais relacionados à RUV são os cânceres
de pele e as cataratas, uma vez que ocorrem no mundo entre 2 a 3 milhões de casos de
cânceres de pele do tipo não-melanomas e cerca de 132 mil casos de cânceres de pele do
tipo melanoma a cada ano [4]. Enquanto os casos não-melanoma podem ser retirados
cirurgicamente e são raramente letais, os melanomas contribuem substancialmente para
as taxas de mortalidade. Outro dado alarmante é que entre 12 a 15 milhões de pessoas
são cegas devido a cataratas. De acordo com World Health Organization (WHO), mais de
20% destes casos podem ser decorrentes da exposição a longo prazo à radição solar, espe-
cialmente na Índia, no Paquistão e em outros países do "cinturão da catarata"(Cataract
Belt), próximos à linha do Equador. [4].
Outro aspecto importante também é que a radiação solar que atinge o solo é influen-
ciada por fatores astronômicos e geográficos, assim como pelas condições atmosféricas. As
atividades humanas alteram o ambiente, afetando a atmosfera, ou poluindo o ar, ou ainda
influenciando na espessura da camada de ozônio. A atuação humana introduz muitas
28
variáveis nas medidas de radiação UV que diferem amplamente no tempo e no espaço.
Para simplificar o entendimento dessas variáveis e transmiti-lo ao público leigo foi criado
um parâmetro indicador de exposição à radiação UV, que foi chamado de Índice UV e
foi adotado por inúmeras instituições internacionais como WHO, já citada, World Me-
teorological Organization (WMO), United Nations Environment Programme (UNEP) e
International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) [3] [4] [5].
No presente trabalho pretende-se criar um protótipo para medição do índice ultravio-
leta na superfície terrestre e monitorar o Índice Ultravioleta na cidade de São Carlos-SP,
posicionada na latitude de 21.87° S, longitute de 47.90° W, altitude média de 856 metros,
e, a partir daí, comparar com o dados do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Cli-
máticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e com os dados
obtidos pelo satélite do mesmo.
1.1 Objetivos
Este trabalho tem como o objetivo a criação do hardware e do software para a imple-
mentação em um protótipo para medir o índice ultravioleta na superfície terrestre.
1.2 Estrutura do Documento
Este trabalho está organizado conforme segue. No Capítulo 1 é feita uma introdução
do trabalho e do objetivo do trabalho. No Capítulo 2 serão abordados os conceitos que
envolvem a radiação ultravioleta, a medida de índice UV, como é feita a apresentaçao ao
público, seus focos de pesquisa, dentre outros dados pertinentes ao trabalho. O Capítulo
3 tratará sobre o sistema de medição de índice UV proposto, todos os materiais envolvidos
no projeto e sua metodologia. O Capítulo 4 apresenta os testes e as montagens do sistema,
as medidas realizadas, as comparações com os padrões disponíveis e a conclusão referente a
todo o trabalho e aos resultados obtidos. Posteriormente, apresentar-se-ão as Referências
Bibliográficas utilizadas durante a pesquisa desenvolvida neste trabalho, os apêndices com
os algoritmos e circuitos desenvolvidos.
29
2 Estado da Arte
Neste capítulo, serão discutidos os principais aspectos teóricos levados em consideração
para o embasamento e a elaboração do protótipo de medidas de índice ultravioleta.
2.1 Radiação Solar e Atmosfera Terrestre
No início dos estudos de óptica, havia duas teorias "rivais", a teoria corpuscular da luz
proposta por Newton, e a teoria ondulatória defendida por Huygens. A teoria corpuscular
foi convincentemente anulada pelo experimento da dupla-fenda de Young em 1801, e pela
interpretação de difração da onda introduzida por Fresnel em 1815. Posteriormente,
Maxwell, por meio de suas famosas equações publicadas em 1873, deu o embasamento
teórico que faltava a tais experimentos [17].
Em 1901, com a hipótese de Planck, a situação mudou. Quatro anos depois, em
1905, Einstein aplicou a teoria quântica de Planck para explicar o Efeito Fotoelétrico.
Mais tarde, o Efeito Compton, o Efeito Raman, dentre outros, provaram que a luz deve
consistir de pequenos pacotes de energia denominados por Max Planck de quantum, para
o caso do calor, e fóton, segundo Einstein, para o caso da luz. Estas ideias revolucionárias
deram as bases para a teoria quântica da luz e do átomo [17].
A equação 2.1 demonstrada por Max Planck mostra, dentre outras coisas, que a
energia da radiação eletromagnética de um quantum é inversamente proporcional ao com-
primento de onda.
E =h · cλ
(2.1)
No qual, E é a energia de um quantum (em J/m2), h é a constante de ação de Planck
(6.63×10−23 J ·s), c é a velocidade da luz no vácuo (2, 998×108 m/s), e λ é comprimento
de onda (em m).
Sabe-se que o comprimento de onda está intimamente ligado à frequência pela relação
da Equação 2.2.
30
c = λ · f ⇔ λ =c
f(2.2)
Dessa maneira, no espectro eletromagnético, visto na Figura 1, quanto maior a frequên-
cia, menor o comprimento de onda.
Figura 1: O espectro eletromagnético em relação à frequência em Hz [Alteradade http://www.fisica.ufs.br/egsantana/cuantica/negro/espectro/espectro.htmem 15/10/2012].
De acordo com a lei de Planck, podemos aproximar o espectro da radiação solar ao de
um corpo negro emitindo energia a uma temperatura de 6000 Kelvin (K), como se pode
ver na Figura 2. Pode-se notar que a faixa do visível representa apenas uma pequena
parcela em comprimento de onda, no entanto, está no pico de energia fornecida pelo sol
[19].
Figura 2: Comparação entre radiação solar e corpo negro [2].
O fluxo de energia na superfície solar, que é de aproximadamente 5, 98× 107 W/m2,
varia de acordo com a lei do inverso do quadrado da distância. Assim, foi determinada
uma constante solar (CS), relativa à quantidade de energia recebida por unidade de área.
Esta constante CS varia de 1.322 W/m2 até 1.382 W/m2, e a maioria dos autores adota
o valor de 1.367 W/m2 [2].
31
O estudo da radiação solar é importante, porque quase toda a vida na Terra depende,
de alguma forma, da energia fornecida pelo Sol [1]. Ele é responsável pelo desenvolvimento
e pela manutenção da vida na Terra, aquecendo por meio dos raios infravermelhos, atu-
ando nas correntes de ar e, o mais importante, a luz visível é essencial para a fotossíntese,
uma vez que dela as plantas derivam sua energia.
2.2 Radiação Ultravioleta (UV)
A radiação ultravioleta foi descoberta em 1801 por Johann Wilhelm Ritter (1776 -
1810) e constitui aproximadamente 7% da energia emitida pelo Sol [2]. Ela ocupa a
porção do espectro eletromagnético com comprimento de onda de 100 a 400 nanometros
[5]. Fotobiologistas definem e subdividem a RUV em três partes, basicamente: UVA,
UVB e UVC [3][5][4][6]. Essa divisão é bastante arbitrária e é feita de acordo com a ação
que cada faixa de comprimento de onda afeta os seres vivos. Em discussão sobre estes
efeitos biológicos, a Comissão Internacional de Iluminação (CIE) dividiu o espectro UV
em três bandas, nas quais a faixa espectral que vai de 315 a 380-400 nm é designada como
UVA, a faixa que vai de 280 a 315 nm como UVB, e a de 100 a 280 nm como UVC [CIE
1987, 1999]. Existe também a designação chamada UV-Vácuo, que compreende a faixa
de 100 nm a 180 nm [5]. Na Figura 3, pode-se ver a divisão adotada pela CIE e a maioria
dos órgãos.
Figura 3: Delimitações da faixa do espectro eletromagnético no qual se encontra aradiação ultravioleta [Alterada de: http://www.akarilampadas.com.br/informacoes/desinfeccao-ultravioleta-uv.php].
A radiação UV deve ser quantificada em termos de irradiância (em W/m2 ou W/cm2)
para exposição contínua, e em termos de exposição radiante ou dose (em J/m2 ou J/cm2)
para exposição por tempo limitado (ou pulsado), no olho ou na pele [5].
Outro fator importante em relação à exposição à RUV é a sua geometria, pois o olho,
por exemplo, é anatomicamente protegido contra a RUV do sol e os limites devem ser
aplicados a exposições diretamente perpendiculares às superfícies do corpo, medidos com
instrumentos com correção de cosseno [5], tema, este, que será abordado na seção 2.3.
32
A Tabela 1, fornecida pelo ICNIRP, estabelece os limite de irradiância efetiva que
pode ser recebido de acordo com o tempo de exposição ao longo do dia. Nota-se que,
quanto menor o tempo, maior a irradiância efetiva que pode ser recebida pela pele. Para
uma pessoa que fica exposta por 8 horas ao Sol, ela pode receber uma irradiância efetiva
de 1 mW/m2
Tabela 1: Limites de duração de exposição à RUV em relação aos limites de exposição[5].
Duração da exposição Irradiância efetivapor dia Eeff (W/m2)8 h 0,0014 h 0,0022 h 0,0041 h 0,008
30 min 0,01715 min 0,03310 min 0,055 min 0,11 min 0,5
2.3 Fatores Determinantes da Radiação UV na Terra
É importante enfatizar que a radiação UV, que atinge a Terra, varia de acordo com
múltiplos fatores, dentre eles, astronômicos; geográficos; meteorológicos; geométricos; fí-
sicos e químicos. Nesta seção, serão discutidos os principais fatores. Na Figura 4, tem-se
uma breve introdução sobre o tema.
2.3.1 Elevação do Sol ou Ângulo Solar Zenital
A elevação do Sol pode ser definido como o ângulo entre o horizonte e a direção para
o Sol. O termo Ângulo Solar Zenital (ASZ) é geralmente utilizado no lugar de elevação
do Sol, que é o ângulo entre o zênite e a direção ao Sol [3].
Para se fazer medidas de radiação solar na superfície terrestre é necessário que o
medidor possua correção de cosseno em relação ao ângulo solar zenital (ASZ), ou ângulo
de Zenith [5][10].
A Figura 5 mostra o posicionamento de um detector (medidor) e a variação do ASZ.
A Tabela 2 mostra a latitude das estações de medidas do INPE, de onde foram feitas
medidas de UV-B Eritema, assim como, os máximos e mínimos anuais de ASZ. Desta
tabela, é interessante notar a variabilidade do ASZ em função da latitude.
33
Figura 4: Fatores que afetam o nível de radiação ultravioleta que atinge a superfícieterrestre [Alterada de: WORLD HEALTH ORGANIZATION, Global Solar UV-Index: APratical Guide].
Tabela 2: Latitudes das estações de medidas e valores máximos e mínimos de ângulo solarzenital [18].
Regiões Latitude Máximo anual do Mínimo anual doângulo solar zenital ângulo solar zenital
Natal 5,84° 0° 30,7°La Paz 16,54° 3,8° 40,8°
Campo Grande 19,25° 1,7° 42,8°Ribeirão Preto 21,17° 0,33° 44,7°
Cachoeira Paulista 22,7° 0,38° 46,4°Blumenau 26,92° 4,3° 50,4°
Porto Alegre 30,47° 8,13° 54,2°Punta Arenas 53,2° 29,8° 76,7°
34
Figura 5: Geometria para medidas de ultravioleta solar[10].
Foi constatado que a radiação UVB tem um caráter mais sazonal, seguindo o ciclo
anual do ângulo zenital, i.e., a maior variação imposta ao UVB não é a do ozônio (O3)
e sim a do ângulo solar zenital [18]. Sabendo, agora, que a irradiância UV depende
fortemente da elevação do Sol, podemos inserir subsequentemente os subtópicos, hora do
dia, estação do ano e latitude geográfica.
2.3.1.1 Hora do Dia
Quanto mais alto o Sol no céu, maior o nível de radiação UV [4]. Cerca de 20-30%
da radiação UV total diária é recebida entre 11 e 13 horas no verão e 75% entre 9 e 15
horas [6]. Mesmo que a latitude varie, esses valores têm uma variação mínima, conforme
exemplifica a Tabela 3.
2.3.1.2 Estação do Ano
Nas regiões temperadas do globo terrestre, a RUV biologicamente danosa se mostra
extremamente dependente da estação do ano. Próxima à linha do Equador, essa depen-
dência é muito menor, conforme mostra a Tabela 3 [3][6].
2.3.1.3 Latitude Geográfica
Quanto mais perto das regiões equatoriais, maior o nível de radiação UV [4]. Para
latitudes entre 20° e 60°, é possível estimar, grosseiramente, uma dose mínima eritêmica
(Minimal Erythema Dose - MED) anual para uma superfície sem sombra e horizontal. O
35
Tabela 3: Porcentagem de UVB e UVA recebidos diariamente durante vários períodos dedias claros de verão. [6]
UVB[%] UVB[%] UVA[%] UVA[%]————— ————— ————— —————
Latitude (°N) 11 h - 13 h 9 h - 15h 11 h - 13 h 9 h - 15 h20 30 78 27 7340 28 75 25 6860 26 69 21 60
valor de 1 MED pode ser entendido como a quantidade de exposição da pele ao Sol que
causa uma leve percepção de vermelhidão após 24 horas [6].
MEDAnual = 2× 104 × e−|latitude|
20 (2.3)
Para a cidade de São Carlos-SP obter-se-ia a seguinte MED Anual aproximada:
MEDAnual = 2× 104 × e−21,87/20 ⇒MEDAnual ≈ 6700 (2.4)
É possível ver, na Tabela 4, alguns valores típicos de MED.
Tabela 4: Valores típicos de radiação UVB ambiente, diário e anual, expressos em unidadesde MED [6]
UVB Diurno (MED)———– ————————– ———
Latitude Geográfica Inverno Primavera/Outono Verão MED anual20°N, e.g., Havaí 14 20 25 600030°N, e.g., Flórica 5 12 15 4000
40°N, e.g., Espanha Central 2 7 12 250050°N, e.g., Bélgica 0.4 3 10 1500
2.3.2 Nuvens e Névoa
Os níveis de radiação UV são maiores em dias sem nuvens [3] [4] [6]. A absorção de
radiação UV pela nuvem depende, tanto da espessura, quanto do tipo, i.e., nuvens finas e
dispersas causam pouco efeito no UV que atinge a superfície [3]. Em alguns casos, nuvens
dispersas podem aumentar a refletância e, assim, aumentar o nível de UV comparado a
um céu totalmente claro [3][4].
Existe o risco de sobre-exposição ao Sol em dias de mormaço (Sol coberto por nuvens,
porém quente e abafado), pois a sensação de calor, causada pelos raios de infravermelho, é
amenizada. A cobertura completa de nuvens reduz a RUV terrestre pela metade, enquanto
36
que, com nuvens pesadas, essa irradiância pode cair para valores menores que 10% e, para
condições de nuvens de tempestade, pode-se, virtualmente, anular esta irradiância [6].
Em casos em que há névoa (vapor d’água e aerosóis), a radiação é absorvida e, então,
diminuída, i.e., há um decréscimo na irradiância UV [3].
2.3.3 Altitude
Quanto maior a altitude, mais fina é a atmosfera. Karel Vanicek et al.(1999) e B. L.
Diffey (1991) dizem que a irradiância UV aumenta de 6 a 8% a cada 1000 metros que se
sobe. Já a Organização Mundial de Saúde (WHO) diz que há um aumento de 10 a 12%
a cada 1000 metros em altitude.
Locais na Terra, abaixo do nível do mar, recebem menos radiação UVB do que em
locais ao nível do mar [6].
2.3.4 Reflexão de Superfície
A reflexão da RUV da terra e do mar é, normalmente, menor que 7%. Já as areias
formadas de gipsita (areia branca de dunas) refletem cerca de 25%. Alguns autores, como
Doda e Green (1980 e 1981), afirmam que a neve clara reflete cerca de 30%, já outros,
como McCullough (1970), Blumthaler e Ambach (1985) relataram que excede os 80% [6].
A Organização Mundial da Saúde (WHO) relata que a neve excede 80%, a areia de
praia seca reflete 15% e a espuma do mar reflete cerca de 25% [4].
Karel Vanicek et al. relatam que superfícies comuns, como grama, solo e água refletem
menos que 10%. Superfícies com neve podem refletir acima de 80%. Durante a primavera
e com céu limpo, a reflexão da RUV em montanhas pode elevar a irradiância na superfície
a valores comparados com o verão, o que pode ser considerado também para as grandes
cidades, as quais prédios espelhados refletem a radiação. A areia pode refletir até 25% da
radiação UV e pode, por exemplo, aumentar a exposição na praia. Já, em relação à água,
há uma penetração de RUV de 95% e até 50% penetra a uma profundidade de 3 metros
[3].
2.4 Interação da RUV e o Ozônio
Christian Friedrich Schönbein (1799 - 1868), um químico de dupla nacionalidade
(alemã e suiça), durante suas experiências de eletrólise da água na Universidade de Basel,
notou um odor diferente. Odor este, semelhante ao de dias de fortes chuvas com trovo-
37
adas, que fez com que ele percebesse a presença de uma nova substância. Devido a este
cheiro, Schönbein "batizou” este produto de Ozônio, do grego Ozein, que significa cheiro.
Ele descreveu sua descoberta em publicações de 1840 [14].
O Ozônio (O3) é criado na estratosfera, em altitudes entre 25 e 100km, pela dissociação
do oxigênio (O2) por RUV com comprimentos de onda (λ) inferiores a 242 nm. A absorção
de RUV com λ maior que 320 nm converte o O3 novamente em O2 e O, como mostram as
Equações 2.5 e 2.6. A dissociação do O3 é o mecanismo responsável por prevenir radiações
com λ menores que 290 nm de atingir a superfície terrestre [1][2][6].
O+2 + (EUV )→ O− +O− (2.5)
O− +O2 → O3 (2.6)
Em 1974, divugou-se que determinados gases utilizados em atividades humanas, den-
tre eles o clorofluorcarbono (CFCs), poderiam alterar o equilibrio natural da camada de
ozônio e levaria a uma depleção da mesma [15]. Em particular, pode-se citar o caso da
Nova Zelândia, onde os níveis de ozônio diminuíram mais de 5% nos últimos 16 anos,
dado à sua baixa latitude e relativa proximidade com o buraco na camada de ozônio que
se desenvolve anualmente sobre a Antártica.
Como o ozônio é o principal absorvente de radiação UVB, a intensidade deste na
superfície depende fortemente da quantidade total de O3 na atmosfera, i.e., a espessura
da camada [3]. Criou-se, assim, a Unidade Dobson (Dobson Unit - DU) para medir a
concentração de ozônio, que é o número de moléculas de ozônio que seriam necessárias
para criar uma camada de puro O3 de 0.01 milímetros a uma temperatura de 0° Celcius e a
uma pressão de 1 Atmosfera. De outra maneira, uma coluna de ar com uma concentração
de 1 DU teria cerca de 2, 69 × 1016 moléculas de O3 para cada centímetro quadrado de
área na base da coluna. Na superfície terrestre, a camada de Ozônio tem cerca de 300
DU, o que equivale a uma camada de 3 mm de espessura [16].
Ao contrário do que se pensa, o ozônio não está situado apenas na estratosfera, mas
sim disperso em toda a atmosfera, porém, é encontrado em maior concentração naquela.
Os sensores de satélites e outros medidores de ozônio medem a concentração deste para
uma coluna inteira de atmosfera, assim, a Unidade Dobson é uma maneira de descrever
a quantidade de O3 que teria na coluna se ela fosse comprimida em uma única camada.
O buraco na camada de ozônio na Antártica tem uma concentração média de 100 DU, o
que formaria um layer de apenas 1 mm de espessura. A Figura 6 exemplifica a situação
38
[16].
Figura 6: Nível de concentração do buraco na camada de ozônio é menor que a mé-dia global [Alterada de: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/dobson.html em29/09/2012].
2.5 Efeitos da Radiação UV nos Seres Humanos
Os efeitos da RUV nos seres humanos podem ser classificados em agudos e crônicos.
No primeiro, os sintomas aparecem rapidamente e têm curta duração, enquanto que, no
segundo, os sintomas aparecem gradualmente e têm longa duração. Algumas das reações
consideradas agudas são: o eritema, o bronzeamento e a produção de vitamina D. Já, as
consideradas crônicas são, por exemplo, o fotoenvelhecimento, a hiperplasia epidérmica e
o cancêr de pele [6].
Espectro de Ação do Eritema Nota-se, na Figura 7, que a radiação UVA (315 a 400
nm) é muito menos eritemicamente ativa do que a radiação UVB (280 a 315 nm). Sabe-se,
também, que esta penetra em menor quantidade na atmosfera, dessa maneira, e.g., em
um dia de verão, a RUV do tipo A contribui com cerca de 15 a 20% da queimadura do
sol sobre a pele [6].
Alguns dos fatores que influenciam o desenvolvimento de eritema são: a cor da pele,
do cabelo, do olho e a presença, ou não, de sardas. Existem diversos tipos de tabelas
considerando tais parâmetros e suas respectivas reações à radiação solar, como mostra a
Tabela 5, proposta por Karel Vanicek et al., abaixo:
Tabela 5: Variação do valor de 1MED em relação ao tipo de pele, entre outros fatores [3].Tipo de Pele Bronzeia Queima Cor do Cabelo Cor do Olho 1MED
I nunca sempre ruivo azul 200 J/m2
II às vezes às vezes loiro azul/verde 250 J/m2
III sempre raramente castanho cinza/castanho 350 J/m2
IV sempre nunca preto castanho 450 J/m2
39
Figura 7: Referência do espectro de ação do eritema adotados pela CIE e IEC.
2.6 Índice UV
O índice UV (IUV) foi criado para representar com um único número a radiação UV
(RUV) que é potencialmente danosa à pele [13]. Segundo os autores Karel Vanicek et
al., o índice UV foi formulado em vários países e utilizado em programas para informar
a população sobre a RUV. A definição foi, posteriormente, padronizada e publicada em
conjunto pelos órgãos: World Health Organization (WHO), World Meteorological Orga-
nization (WMO), United Nations Environment Programme (UNEP) e pelo International
Commission on Non-Ionizing Radiation (ICNIRP) [3].
Acredita-se que o aumento da incidência de cânceres de pele nas pessoas de pele clara
em todo o mundo esteja associado à exposição excessiva da RUV, tanto natural, como
o sol, quanto artificial, como as câmaras de sol [4]. Sendo assim, o IUV é um meio
extremamente importante para a conscientização da população [3] quanto à necessidade
do uso de medidas de proteção, medidas estas que diminuiriam a exposição das pessoas
à radiação, evitando seus efeitos danosos e, por consequência, haveria um decréscimo
significativo dos custos com saúde.
No estado da arte atual, existem alguns dispositivos que medem a irradiância UV e,
por conseguinte, o índice UV. O espectrofotômetro Brewer, o Biômetro [18] e o radiômetro
UV [11], são exemplos importantes. No entanto, estes dispositivos são extremamente caros
e inacessíveis à população em geral. Tais aparelhos são destinados à pesquisa científica
e, na maioria dos casos, não fornecem dados imediatos aos leigos para a prevenção e o
conhecimento em relação aos danos causados pela RUV [11].
40
Além do mais, o IUV é um meio educacional de grande importância, que deveria
ser utilizado como um componente integral para informar a população sobre os riscos à
saúde e as maneiras de se proteger contra a RUV. Dever-se-ia veicular dados alarmantes
como, queimaduras, câncer de pele, envelhecimento precoce da pele e efeitos no olho e
no sistema imunológico, principalmente para os grupos de risco, como os turistas e as
crianças. Deve-se enfatizar, também, que a proteção em dias normais ao longo da vida é
tão importante quanto nas férias [4].
O índice UV é definido pela Equação 2.7 [11] e é uma padronização da irradiância
eritêmica, definida por uma escala numérica, em que 1 IUV equivale a 25 mW/m2.
IUV =1
25mW
m2
∫ 400nm
286.5nm
I(λ) · w(λ)dλ (2.7)
De tal maneira que, I(λ) é a irradiância dada em mW/m2/nm e w(λ) é a função de
ponderação, que representa a resposta da pele humana para a radiação UV, proposta por
McKinlay & Diffey [8], dada pela Equação 2.8:
w(λ) =
1 250 < λ ≤ 298
100.094·(298−λ) 298 < λ ≤ 328
100.015·(139−λ) 328 < λ ≤ 400
0 400 < λ
(2.8)
É interessante notar que, devido ao coeficiente 1/25, o índice UV não possui unidade.
Outra questão bem interessante é que a definição proposta por McKinlay-Diffey apresenta
uma descontinuidade em 328 nm, que, apesar de pequena, pode ter sido um descuido do
autor [11].
A curva de ponderação proposta por McKinlay & Diffey, já vista na subseção 2.5 é
também chamada de Curva (ou Espectro) de Ação do Eritema [2][5][6][8][18]. Os dados
da Equação 2.8 foram inseridos na plataforma MATLAB para simulação (Figura 8).
Na Figura 9, é possível ver três curvas: a curva em vermelho representa as medidas
feitas pelo espectrofotômetro Brewer, a segunda, em azul, mostra a irradiância obtida por
meio da ponderação com a terceira curva, em rosa [11].
O espectro de ação do eritema nos mostra que, para radiações com comprimento
de onda entre 250 nm e 298 nm, o efeito da radiação UV é máximo, i.e., toda ela está
afetando biologicamente a pele humana. Pode-se dizer que o peso é maior, porque o efeito
biológico causado ao ser vivo é maior [2]. Existem outras curvas de ponderação, e as mais
41
Figura 8: Espectro de ação do Eritema simulado.
Figura 9: Aplicação da ponderação do eritema [Alterada de: KIEDRON, P. et al., Ins-tantaneous UV Index and Daily UV Dose Calculations].
42
importantes para o uso comum são a eritêmica, a de absorção de DNA e o espectro de
ação do câncer não-melanoma [3]. Como visto na Figura 9, estabelece-se uma relação
entre a irradiância absoluta e a curva de ação para se obter a irradiância ponderada e,
assim, fazer um estudo concentrado na sua área de atuação.
Outra definição importante é a Dose Diária de UV, do inglês daily UV dose (DUVD),
ou somente Dose, e é calculado por meio da integral do índice UV no tempo à luz do dia
[11], conforme a Equação 2.9. A Dose pode ser entendida como a quantidade de energia
a que uma determinada pessoa foi exposta num processo de irradiação [4].
Dose =
∫ t2
t1
IUV (t)dt =1
25mW
m2
∫ t2
t1
∫ 400nm
286.5nm
I(λ) · w(λ)dλdt (2.9)
Em que, t1 é a hora do nascer do sol e t2 é a hora do pôr-do-sol.
A Dose é dada em índice UV hora (IUVh), para limites de integração de tempo na
unidade hora. Para converter de IUVh para kJ/m2, deve-se multiplicar por um fator de
0, 09 = 25× 3, 6/1000 [11].
Na Figura 10, pode-se ver uma curva típica de índice UV ao longo do dia, na qual se
nota que, por volta de meio-dia, obtém-se o maior índice UV.
Figura 10: Curva típica de variação do índice UV ao longo do dia [Alterada de: WORLDHEALTH ORGANIZATION, Global Solar UV-Index: A Pratical Guide.].
A classificação de índice UV adotada pela Organização Mundial de Saúde (WHO),
dentre outros órgãos, pode ser vista na Tabela 6.
O INPE adota a classificação de cores, como mostra a Figura 11.
O termo Dose Eritêmica Mínima, ou MED, do inglês Minimal Erithemal Dose, deve
43
Tabela 6: Categorias de exposição da radiação UV. [2][4]Classificação Valor do IUV
Baixo 0 a 2Moderado 3 a 5
Alto 6 a 7Muito Alto 8 a 10Extremo maior ou igual a 11
Figura 11: Classificação do IUV por cores [Retirada de: http://satelite.cptec.inpe.br/uv/ em 07/11/2012].
ser complementarmente definido, porque é amplamente utilizado entre os cientistas. Ele
é usado para descrever a RUV potencialmente eritêmica. O valor de 1 MED é definido
como a dose UV efetiva que causa uma perceptível vermelhidão em uma pele humana
que não foi previamente exposta à RUV [3][6]. A pigmentação da pele é uma variável
desta equação, pois cada pessoa tem uma proteção natural diferente da outra. Entre os
europeus, 1 MED varia numa faixa de 200 a 500 J/m2. Existem estudos para a variação
dos MED’s para cada tipo de pele [3]. A Tabela 7 mostra alguns valores de MED em
relação ao tipo de pele, cor de cabelo e cor do olho, como já visto anteriormente.
Tabela 7: Variação do valor de 1MED em relação ao tipo de pele, entre outros fatores [3].Tipo de Pele Bronzeia Queima Cor do Cabelo Cor do Olho 1MED
I nunca sempre ruivo azul 200 J/m2
II às vezes às vezes loiro azul/verde 250 J/m2
III sempre raramente castanho cinza/castanho 350 J/m2
IV sempre nunca preto castanho 450 J/m2
A Figura 12 fornece um gráfico, definido pela norma DIN-5050, com o tempo aproxi-
mado em Minutos para queimar cada tipo de pele de acordo com o IUV [3].
É possível ter uma visão geral da variação do IUV durante o ano e durante o dia para
diversas latitudes, como mostra a Figura 13.
44
Figura 12: Tempo para queimar a pele em minutos de acordo com o tipo de pele [Alteradade: VANICEK, K. et al., UV-Index for the Public.].
Figura 13: Curso anual do IUV para diferentes latitudes ao meio-dia, em dias claros e ao
nível do mar. Curso diário de IUV para diferentes latitudes em Junho e em dias claros
[Alterada de: VANICEK, K. et al., UV-Index for the Public.].
45
3 Materiais e Métodos
Foram apresentados alguns conceitos em relação à radiação UV e à medida do índice
UV.
Os principais desafios na medição do índice UV são a escolha adequada do sensor para
medidas de índice UV e dos componentes eletrônicos envolvidos, para que se tenha um
sistema robusto em que se possa adicionar, a posteriori, num painel eletrônico e no Totem
UV, já desenvolvido pelo Laboratório de Instrumentação Oftálmica - LIO.
Neste capítulo serão feitas todas as considerações, análises e cálculos utilizados para
a confecção do protótipo de medidas de índice ultravioleta, assim como, a metodologia
adotada para a realização do mesmo.
3.1 O Sistema
O sistema, como um todo, consiste em um sensor de ultravioleta, sensível à região
espectral de 280 a 400 nm; um circuito que receba este sinal e trate o sinal; um programa
que transforme o dado recebido em IUV; e uma interface para disponibilizar ao usuário o
resultado do dado, no formato de IUV, numa escala de 1 a 16, para o Brasil.
Para isso, o LIO adquiriu o sensor de UV, importado da Alemanha , modelo UV-
Cosine da marca SGLUX, que já possui a correção do cosseno, para que a cada posição
do Sol durante o dia, tenhamos o resultado da irradiação já corrigido. Este sensor é apro-
priado para uso externo, com proteção contra chuva, dentre outras intempéries. Possui
um cabo de 1,5m de comprimento para enviar o sinal para um circuito que pode ficar
abrigado, sem estar exposto ao tempo.
O diagrama de blocos da Figura 14 ilustra o funcionamento do sistema. Os passos
abaixo explicam o funcionamento de cada bloco.
1. O sensor de índice UV envia um sinal de tensão para o conversor AD (CAD) do
microcontrolador;
46
2. a conversão de analógico para digital é feita;
3. o dado convertido é enviado pelo canal serial RS-232 (TX) em nível CMOS para o
Bluetooth (BT);
4. o rádio Bluetooth recebe a informação no canal serial (RX);
5. o dado recebido é ecoado do módulo 1 para o módulo 2 pelo rádio BT;
6. o BT repassa a informação pela serial (TX) para o microcontrolador;
7. o microcontrolador recebe os dados em seu canal serial (RX) e os processa;
8. e, finalmente, repassa os dados via comunicação USB para o computador.
Figura 14: Diagrama de blocos ilustrativo do protótipo para medição do índice ultravioletana superfície terrestre desenvolvido no LIO.
3.2 Metodologia
Nesta seção, falar-se-á de cada passo envolvido na criação do protótipo de medidas
de índice ultravioleta.
3.2.1 Sensor de Índice Ultravioleta
O sensor escolhido para o projeto foi o UV-Cosine da marca SGLUX que, além de
ser à prova d’água, possui correção de cosseno. A foto dele pode ser vista na Figura 15.
Um ponto importante para a escolha do sensor de IUV foi a sua resposta espectral.
Ele precisaria integrar a irradiância UV com uma curva bem próxima ao espectro de
ação eritêmica para que o transdutor pudesse devolver o índice UV, ou em tensão, ou em
corrente. Na Figura 16 pode ser visto a resposta do sensor comparada à resposta de ação
47
Figura 15: Foto do sensor de IUV [Folha de dados do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf].
eritêmica adotada pela CIE. Segundo a folha de dados do fabricante, este sensor possui
um erro menor que 3% para cada medida de IUV. Este sensor também possui correção de
cosseno, como pode ser visto na Figura 17, item este obrigatório para qualquer medidor,
segundo a ICNIRP, devido às variações do ângulo zenital [5].
Figura 16: Curva de ação eritêmica da CIE comparada ao do sensor de IUV [Folhade dados do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf].
Este sensor já possui uma amplificação de transimpedância integrada e fornece num
intervalo de 0 a 5 Volts (V) o índice ultravioleta, onde para cada índice se soma 0,115
V, i.e., a tensão para índice UV de 1 é 0,115 V. Dessa maneira, o máximo índice que
o sensor mediria seria de 5/0, 115, que é igual a, aproximadamente, 43, valor este que
48
Figura 17: Ângulo de recepção do sinal, isto é, correção de cosseno do sensor de IUV [Folhade dados do fabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf].
não é possível de ser atingido na superfície da Terra, teoricamente. A Figura 18 mostra o
circuito proposto pelo fabricante para as ligações do sensor. O sensor pode ser alimentado
com uma tensão DC entre 7 e 24 V e seu consumo máximo de corrente é de 30 mA. A
conexão do sensor é feita via quatro fios coloridos como descritos a seguir:
1. Branco: +V.
2. Marrom: Ground, ou terra.
3. Preto: Shield, ou blindagem.
4. Verde: Sinal.
O fabricante recomenda que o fio preto (Shield) seja conectado junto ao GND da
Placa de Circuito Impresso (PCI) para que a blindagem seja adequada. Isso evita que
ruídos espúrios sejam introduzidos na medição.
Decidiu-se alimentar o sensor de IUV com 12 Volts, por isso, criou-se uma fonte de
alimentação genérica para se iniciar os testes.
49
Figura 18: Circuito proposto pelo fabricante para a medição do IUV [Folha de dados dofabricante: http://www.sglux.com/uploads/tx_ttproducts/datasheet/UV-Sensor_UV-Cosine.pdf].
3.2.2 Protótipo da Fonte de Alimentação
O sistema necessita de dois valores de tensão de alimentação, na qual o PIC e o
módulo Bluetooth são alimentados com 3,3 V DC e, decidiu-se alimentar o sensor com 12
V DC. Projetou-se, complementarmente, uma alimentação de 5 V, pensando em possíveis
mudanças no projeto, isso, porque é muito comum encontrar microcontroladores que
trabalham com 5 V, e.g., o PIC18F4550 da Microchip.
Utilizaram-se apenas reguladores da família LM78XX. Optou-se por utilizar o LM78L12
para a alimentação do sensor UV, pois este consome no máximo 30 mA. Este regulador
tem um encapsulamento TO-92, que é bem menor, comparado ao TO-220 do LM7805
e LM7833, e fornece, no máximo, 100 mA. Já para as alimentações de 5 V e 3,3 V
utilizaram-se os reguladores LM7805 e LM7833, respectivamente. Em ambos, o máximo
de corrente que eles fornecem é 1 A, no entanto, para a alimentação de 3,3 V, o máximo
de corrente que será consumida é de 400 mA, aproximadamente.
A placa projetada é de face simples para simplificar o método de produção e no
apêndice A é possível ver o esquemático completo. A PCI produzida e a montagem desta
podem ser vistas na Figura 19.
Na Figura 20 é possível ver a montagem do protótipo da fonte de alimentação.
O diagrama de blocos da fonte de alimentação proposto está apresentado na Figura
21.
50
Figura 19: PCI projetada e montada do protótipo da fonte de alimentação.
Figura 20: Montagem do protótipo da fonte de alimentação.
51
Figura 21: Diagrama de blocos ilustrativo do protótipo da fonte de alimentação.
52
3.2.3 Protótipo de Teste - PIC24FJ64GB002
Escolheu-se trabalhar com o microcontrolador PIC24FJ64GB002 da Microchip com o
encapsulamento do tipo QFN de 28 pinos conforme a Figura 22. Ele foi escolhido, devido
às necessidades do Laboratório de Instrumentação Oftálmica de se criar sistemas mais
potentes. Ele possui as seguintes configurações:
1. Arquitetura de 16 bits;
2. velocidade da CPU de 16 MIPS (Million Instructions per Second);
3. tensão de operação na faixa de 2,0 a 3,6 V;
4. dois periféricos UART de comunicação digital;
5. sete entradas tolerantes a até 5,5 V;
6. quinze pinos reconfiguráveis (RPx);
7. onze entradas para sinal analógico (ANx);
8. e, uma USB 2.0 OTG (On-The-Go Full Speed).
Neste sistema não se utilizará toda a capacidade deste PIC, todavia, para futuras
atualizações, tais configurações podem ser úteis. Os diagramas de blocos na Figura 23
exemplificam as comunicações que o PIC fará com as outras partes do sistema, referentes
ao Módulo 1 e ao Módulo 2, respectivamente.
Decidiu-se criar uma placa de teste para o PIC, de maneira que se pudesse entender
cada parte do sistema antes de se projetar uma placa final, evitando erros de projeto,
desviando-se, assim, de problemas típicos de protótipos, principalmente aqueles, muito
vistos quando se usam protoboards. Um exemplo comum, é a quebra de fios.
O fabricante indica alguns pontos importantes a serem seguidos para o sucesso da
placa de circuito impresso. Eles são:
1. Todos os pinos de VDD e VSS devem estar conectados.
2. Capacitores cerâmicos de 0,1 µF de desacoplamento devem ser conectados a uma
distância máxima de 6 mm do pino de VDD.
3. O pino DISVREG deve ser ligado ao GND para habilitar o regulador interno do
PIC.
53
Figura 22: Encapsulamento do PIC24FJ64GB002 [Folha de dados do fabricante: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39940d.pdf].
54
Figura 23: Comunicações realizadas pelo PIC24FJ64GB002 no módulo 1 e no módulo 2,respectivamente.
55
4. Os pinos PGECx e PGEDx são usados para o In-Circuit Serial Programming (ICSP).
Optou-se pelo PGEC3 e PGED3.
5. Um capacitor de tântalo de 10 µF e 6,3 V em paralelo com um capacitor cerâmico
de 0,1 µF devem ser colocados no pino VCAP/VDDCORE e não devem ultrapassar a
distância de 6 mm do microcontrolador.
O fabricante também indica a utilização da seguinte conformação para os osciladores,
como mostra a Figura 24.
Figura 24: Configuração dos osciladores indicada pelo fabricante [Alterada da folha de
dados do fabricante: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39940d.
pdf].
Observa-se na Figura 25 as trilhas a PCI projetada, na qual cada trilha possui uma
espessura de 0,3 mm.
Figura 25: Placa de circuito impresso projetada para o protótipo de testes do PIC.
Na Figura 26 vê-se a placa de testes do PIC montada com os componentes. Decidiu-
se pela utilização de resistores e capacitores SMD (Surface-mount Device), todos com
56
footprint do código 0805, que possui tamanho de 2, 0 × 1, 3 mm. No apêndice B está
apresentado o esquemático desta placa.
Figura 26: PCI com os componentes do protótipo de testes do PIC.
3.2.4 Protótipo de Teste - Bluetooth
Escolheu-se trabalhar com o módulo classe 1 de rádio Bluetooth (BT) do tipo RN-41
da marca Roving Networks devido aos seus baixos fator de forma (small form factor -
SFF ), custo e potência. Ele é ideal para projetistas que querem adicionar capacidade
sem fio ao seu produto sem gastar tempo e dinheiro excessivo com desenvolvimento de
hardware e software para Bluetooth. O RN-41 suporta múltiplos protocolos de interface,
é de fácil projeto e totalmente certificado. Tal rádio é capaz de entregar dados a uma
velocidade acima de 3 Mbps a distâncias acima de 100 metros.
A Figura 27 mostra o diagrama de blocos do seu funcionamento interno.
Figura 27: Diagrama de blocos do funcionamento interno do RN-41 [Folha de dados:http://www.rovingnetworks.com/resources/download/18/RN_41].
Alguns parâmetros do RN-41 devem ser apresentados a este trabalho, pois foram
importantes para o projeto do protótipo da fonte de alimentação, por exemplo:
1. Tensão de alimentação: 3,0 a 3,6 V.
57
2. Corrente de alimentação do RX: 35 a 60 mA.
3. Corrente de alimentação do TX: 65 a 100 mA.
Quando o módulo Bluetooth está no modo conectado com outro módulo, seu consumo
de corrente é máximo, que é, segundo o fabricante, de 30 mA. Dessa maneira, o consumo
máximo do protótipo proposto é de 130 mA, porque um BT só recebe ou, então, envia o
dado pela serial RS-232, nunca os dois ao mesmo tempo.
A pinagem do RN-41 pode ser vista na Figura 28.
Figura 28: Pinagem do RN-41 [Folha de dados: http://www.rovingnetworks.com/
resources/download/18/RN_41].
Projetou-se uma placa de propósito geral com o objetivo de se evitar problemas de
projeto e de se conhecer profundamente sobre o sistema proposto. Na Figura 29, é possível
ver as trilhas das duas faces da PCI projetada. Já na Figura 30, vê-se o protótipo do
BT projetado com os componentes soldados. No apêndice C é possível ver o esquemático
projetado.
3.2.5 Protótipo Final
Montou-se um protótipo final como consequência do trabalho feito até então. Desejava-
se com ele, inserir a comunicação USB ao trabalho. Neste momento do projeto, não se
necessitava de dois PIC’s, contudo, precisava-se de dois rádios Bluetooths para se testar
a comunicação. Para tal, utilizaram-se a PCI do Bluetooth prototipada na subseção 3.2.4
e um módulo Bluetooth classe 2 com os periféricos integrados como pode ser visto na
Figura 31. Utilizou-se, também, o protótipo do PIC visto na subseção 3.2.3.
O diagrama de blocos funcional do protótipo final pode ser visto na Figura 32 abaixo.
58
Figura 29: Frente e verso da PCI projetada para este protótipo de teste.
Figura 30: PCI com os componentes do protótipo de testes do Bluetooth.
Figura 31: Módulo RN-42-SM [Folha de dados: http://www.rovingnetworks.com/resources/download/20/RN_41_SM_RN_42_SM.]
59
Figura 32: Diagrama de blocos do funcionamento do protótipo final.
Como pode ser visto, na Figura 33, foi feita a montagem do sistema para se receber
dados via USB. Neste momento, utilizou-se um potenciômetro para variar a tensão na
entrada da porta AN11 do PIC. Esta foi utilizada para fazer a conversão do dado de
tensão analógica para digital, para que, depois, fosse enviada via Bluetooth do módulo 1
para o módulo 2.
Figura 33: Montagem do protótipo final.
O conversor AD (CAD, em português, ou ADC, em inglês) do PIC é de 10 bits, no
entanto, devido a sua capacidade de sobreamostragem (oversampling), pode-se usar uma
resolução de 65.472 =(210 − 1) × 26, o que aumenta o tempo de amostragem para 99,1
milisegundos. Esse aumento no tempo de amostragem não foi um problema, porque não
se necessitava de uma conversão rápida, pois cada dado de índice UV deve ser mostrado
60
com uma média de no mínimo 5 minutos [4]. Com isso, pode-se analisar, tendo em mente
que o sensor trabalha com uma variação de 115 mV/IUV, como o CAD funciona.
1. VREF+ = 3,3 V, que é o valor em tensão da referência positiva do CAD.
2. VREF− = 0 V, que é o valor em tensão da referência negativa do CAD.
3. IUV1, que é IUV de 1 em tensão, i.e., 115 mV.
4. RES, que é a resolução do CAD, i.e., 65.472.
Com os dados mencionados, é possível calcular o passo de amostragem do CAD em
Volts, como pode ver-se na Equação 3.1.
PASSO =VREF+ − VREF−
RES=
3, 3− 0
65.472= 50, 40322580µV (3.1)
Conseguido o passo de amostragem, pode-se calcular o valor do CAD para índice UV
de 1 conforme Equação 3.2.
IUV1(CAD) =IUV1
PASSO=
115mV
50, 40322580µV= 2.281, 6 (3.2)
Com tal dado é possível, também, prever o máximo IUV que este sistema suporta,
como pode ser visto na Equação 3.3.
IUVMAX =RES
IUV1(CAD)=
65.472
2.281, 6= 28, 7 (3.3)
O IUV máximo pode ser calculado, arbitrariamente, pela Equação 3.4.
IUVMAX =VREF+ − VREF−
IUV1=
3, 3V
0, 115V= 28, 7 (3.4)
Conforme esperado, os valores são equivalentes.
O circuito utilizado no protótipo final para a simulação do CAD, pode ser visto na
Figura 34, que, como se vê, é apenas um potenciômetro ligado nas referências positiva e
negativa, e com seu terminal central conectado ao pino AN11 do PIC.
61
Figura 34: Modelo utilizado para simular o sensor.
A Figura 35 mostra esquemático do circuito utilizado para a comunicação USB entre
PIC e PC. A tensão VCC de 5 Volts é fornecida pelo próprio computador via cabo USB.
Os pinos VBUS, D- e D+, ligam-se aos seus respectivos pinos do PIC.
Figura 35: Esquemático utilizado para a comunicação USB.
A partir deste momento, decidiu-se inserir LED’s (Light-emitting diodes) de alto brilho
para a sinalização da comunicação entre o PIC e o Bluetooth e entre o PIC e PC, como
se vê na Figura 36. Utilizaram-se três LED’s: um branco, para sinalizar o início da
comunicação serial RS-232 de nível CMOS entre o PIC e o Bluetooth; um vermelho, para
sinalizar o fim da comunicação serial RS-232 de nível CMOS entre o PIC e o Bluetooth;
e, finalmente, um LED azul, para sinalizar o início e o fim da comunicação USB entre o
PIC e o computador.
Com este sistema montado foi possível iniciar-se a parte de programação, item este
que será visto na subseção 3.2.6 seguinte.
62
Figura 36: Funcionamento dos LED’s e seu respectivo esquemático.
3.2.6 Programação - Protótipo Final
Nesta subseção falar-se-ão dos algoritmos criados para funcionamento do protótipo
final.
3.2.6.1 Programação dos módulos Bluetooth
Os dispositivos Bluetooth da marca Roving Networks são programados numa lingua-
gem de comando ASCI simples que é similar ao protocolo padrão da industria Hayes AT.
Com o intuito de se programar os módulos Bluetooth, utilizou-se o terminal Blueterm,
disponível para Android. Os códigos foram implementados neste terminal no smartphone
Galaxy S2 modelo GT-I9100 da marca Samsung, devido à necessidade de se definir por
código se a programação poderia ser feita localmente ou remotamente, pois o default
do RN-41 é definido como remoto. Necessitava-se, assim, de um ambiente com Blueto-
oth para a primeira implementação de código. Poder-se-ia implementar este algoritmo
num computador com Bluetooth disponível, todavia, não havia nenhum disponível no
momento.
Para que um código implementado funcione, é necessário reiniciar o módulo. Sendo
assim, o algoritmo do Bluetooth não pode ser implementado de uma única vez. A taxa de
transmissão entre Bluetooths foi o primeiro passo a ser tomado, porque o default é 115.200
bauds. Pode-se tanto mudar este parâmetro via programação, quanto via hardware e,
neste caso, optou-se pela segunda.
Tendo a taxa de transmissão ajustada, imediatamente após ligar o módulo Bluetooth,
tem-se 60 segundos para estabelecer a conexão com o Terminal e, após estabelecida, tem-
se mais 60 segundos para se implementar o código no terminal. Ao digitar, primeiramente,
”$$$”, o Bluetooth responde com a palavra ”CMD”, dizendo, assim, que ele está disponí-
63
vel para a inserção do código. O primeiro comando implementado, ”ST, 255”, serve para
que não haja mais este limite de 60 s, podendo, assim, programá-lo indefinidamente, tanto
localmente, quanto remotamente. O segundo comando, ”S−,MEDIDORUV 1”, muda o
nome do dispositivo e coloca o MAC do Bluetooth no fim, criando um nome único para o
dispositivo. Para o entendimento do código, ele foi escrito da maneira que se escreve no
terminal e a resposta obtida no terminal dada pelo Bluetooth. É importante acrescentar
que o comando −−−” deve ser digitado ao fim do código para que a implementação do
código seja feita, senão nada acontecerá após reiniciar o módulo. A resposta comum do
Bluetooth é AOK, como pode ser visto no código abaixo.
$$$ CMD
ST , 255
AOK
S−,MEDIDORUV1
AOK
−−−
Implementou-se o mesmo código no módulo RN-42, no entanto, com o nome alterado,
conforme descrito a seguir.
$$$ CMD
ST , 255
AOK
S−,MEDIDORUV2
AOK
−−−
Com os dois dispositivos disponíveis por tempo indeterminado, implementou-se no
módulo RN-42 um comando de aviso de conexão. Caso a conexão seja feita com outro
Bluetooth, ele envia pelo canal TX a mensagem desejada. O código implementado foi
"SO,MED\r\n". O código foi implementado desta maneira, para que o PIC entendesse o
que ele estava recebendo.
$$$ CMD
SO , MED\r\n
AOK
−−−
Finalmente foi possível implementar no terminal a comunicação do dois dispositivos.
Para isso, era importante implentar o código que o fizesse. O comando ”I, 30” faz uma
procura pelos dispositivos Bluetooth no ambiente por 30 segundo e, após isso, ele res-
ponde com o CODE de cada um, que é o endereço único que o BT possui. O comando
64
”SR, 0006664219A3” foi utilizado para que ele armazenasse o CODE do MEDIDORUV2.
Implementou-se o comando de auto-conexão, ”SM, 3”, para que o MEDIDOR1 sempre
se conectasse automaticamente ao endereço armazenado do MEDIDOR2 e não pudesse
mais ser acessado.
$$$ CMD
I , 30
Inquiring
0006664219A3 , MEDIDOR2
SR ,0006664219 A3
AOK
SM , 3
AOK
−−−
Reiniciou-se ambos os dispositivos e, a partir daí, iniciou-se com a programação do
microcontrolador.
3.2.6.2 Programação do PIC
Utilizou-se o PICKIT3 da marca Microchip juntamente com o MPLAB IDE para se
programar o PIC24FJ64GB002 através do ICSP. O compilador utilizado, CCS C, tem
a vantagem de ser em um nível mais alto de programação na linguagem C, contudo,
ele ocupa uma maior área da memória do PIC. Apesar disso, ele se mostrou eficiente e
suficiente para que se obtesse mais rapidamente um código funcional.
Na Figura 37 é possível ver o diagrama de blocos representativo do programa criado
para o funcionamento do protótipo final. O Apêndice F mostra o código fonte completo
implementado no PIC.
65
Figura 37: Diagrama de blocos representativo do software do PIC.
66
3.2.7 Placas Finais - Módulo 1 e Módulo 2
Para a criação das PCI’s finais do módulo 1 e módulo 2, foi necessária a união do
conhecimento de desenvolvimento adquirido nos quatro protótipos das seções anteriores.
Não foi possível produzi-las fisicamente, somente teoricamente, conforme mostradas na
Figura 38 e na Figura 39. Ambas as figuras mostram as funcionalidades de cada região
da placa. Nos apêndices D e E é possível ver os esquemáticos completos do módulo 1 e
do módulo 2, respectivamente.
Figura 38: Frente e verso do hardware final do módulo 1 com ênfase nos seus periféricos.
67
Figura 39: Frente e verso do hardware final do módulo 2 com ênfase nos seus periféricos.
68
69
4 Resultados
4.1 Testes com o Protótipo
Nesta seção, serão abordados os resultados obtidos com o desenvolvimento deste pro-
tótipo.
4.1.1 Testes com o Protótipo da Fonte de Alimentação
Com este protótipo obtiveram-se alimentações de 3,3 V, de 5 V e de 12 V. Contudo,
só utilizou-se as alimentações de 3,3 V e 12 V, devido às necessidades do sistema, pois,
para o PIC, precisava-se de uma alimentação entre 2,0 e 3,6 V, para o Bluetooth uma
alimentação na faixa de 3,0 a 3,6 V e, para o sensor de IUV uma alimentação entre 7 e
24 V. É possivel ver, na Figura 40 o resultado obtido para a alimentação de 12 V. Para
a alimentação de 5 V obteve-se o resultado conforme a Figura 41 e para a alimentação
de 3,3 V o resultado pode ser visto na Figura 42. Os resultados vistos nas figuras abaixo
podem ser vistos, também, na Tabela 8.
Nota-se com estes testes que os resultados foram dentro da faixa estabelecida para o
projeto.
4.1.2 Testes com o Protótipo do Bluetooth
Após a implementação do software era preciso verificar a comunicação entre os mó-
dulos Bluetooth (BT). Para isso, utilizou-se o osciloscópio, pois, todo dado que um BT
Tabela 8: Resultados obtidos para cada valor de tensão do protótipo projetado.Protótipo Valor de Pico [V] Valor Médio [V]
Alimentação de 12 V 11,76 11,68Alimentação de 5 V 4,88 4,88Alimentação de 3,3 V 3,18 3,18
70
Figura 40: Tensão de 12 V no protótipo da fonte de alimentação.
Figura 41: Tensão de 5 V no protótipo da fonte de alimentação.
71
Figura 42: Tensão de 3,3 V no protótipo da fonte de alimentação.
recebe no pino de RX ele envia para o dispositivo ao qual ele está conectado, e que este
transmite tal dado pelo pino de TX. Na Figura 43 é possível ver em amarelo o rádio do
módulo 1 enviando o dado via serial RS-232 em nível CMOS e, após, 47,2 milisegundos o
rádio do módulo 2, em azul, repetindo o dado pela serial. Na serial do módulo 2 observa-se
duas bordas, em que a primeira é chamada de Packet Detect Signal (PKDET), que é uma
borda de descida para aviso de recebimento. Já o segundo dado é a informação oriunda
do módulo 1.
Figura 43: Comunicação entre os rádios Bluetooth.
72
4.1.3 Testes com o Protótipo Final
Após estabeler-se a comunicação dos rádios Bluetooth, verificou-se a comunicação
USB entre o PIC e o computador, isto é, tudo que o PIC receber no seu RX, por meio
do TX do BT, deveria ser enviado via USB. Na Figura 44, vê-se os dados recebidos no
software TeraTerm, no qual o valor com três casas decimais é IUV calculado, seguidos do
IUV inteiro e do valor do ADC.
Figura 44: Comunicação USB entre o PIC e o PC.
Testou-se, também, o que aconteceria se a comunicação entre os BT’s cessasse. Para
isso foi implementado um código no BT, de maneira que ele enviasse um dado quando
a comunicação fosse estabelecida. É possível ver, na Figura 45 o dado enviado pelo
Bluetooth quando a conexão é estabelecida. Após a conexão, os dados de IUV e de ADC
são enviados pela USB.
73
Figura 45: Conexão entre os módulos Bluetooth.
4.2 Comparações com o Instituto Nacional de Pesqui-sas Espaciais
Desejava-se com este protótipo, obter medidas de índice UV na cidade de São Carlos-
SP. Para isso, iniciou-se medidas diárias a partir do dia 15/10/2012 no horário de 15:00:00
GMT e a compará-los com o IUV médio atenuado (com nuvens) do Centro de Previsão
de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do INPE. Na Tabela 9 estão as medidas re-
alizadas utilizando o sensor UV-Cosine da marca SGLUX. Na Figura 46, observa-se o
gráfico comparativo das medidas realizadas no Laboratório e dos dados obtidos no sítio
do CPTEC. Já, na Figura 47 e na Figura 48, vê-se as classificações das medidas de IUV,
segundo a Organização Mundial da Saúde (WHO), realizado com o sensor UV-Cosine e
com os valores obtidos no sítio do CPTEC, respectivamente [2][3][4]. No apêndice G,
vê-se as imagens de satélite obtidas no sítio do INPE.
74
Tabela 9: Medidas realizadas com o sensor de índice UV. Medidas foram comparadas como INPE e com os dados do CPTEC para a cidade de São Carlos-SP
Dia/M
ês/Ano
Hora
Medida
emIU
VIU
VCategoria
IUV
IUV
Max
Condições
Observações
Tensao
[V]
Calc.
Inteiroatenuado
CPTEC
Atuais
INPE
Semnúvens
c/Nuvem
15:00G
MT
Previsão
CP
TE
C12:00
15/10/201212:01
0,9758,4782
8M
UIT
OA
LTO
1112
13D
iade
sols/nuvens.
17/10/201212:05
0,9798,5130
9M
UIT
OA
LTO
812
9C
hoveude
manhã.
Solenuvens.
18/10/201211:58
0,9708,4347
8M
UIT
OA
LTO
1013
9D
iade
solc/nuvens.
19/10/201211:59
0,5474,7565
5M
OD
ER
AD
O11
1311
Dia
desolc/
nuvens.20/10/2012
12:071,050
9,13049
MU
ITO
ALT
O12
1313
Dia
desolc/
poucasnuvens.
21/10/201213:12
0,6855,9565
6A
LTO
1213
12H
oráriode
verão.M
ormaço.
22/10/201213:52
0,9428,1913
8M
UIT
OA
LTO
1213
13D
iade
solc/poucas
nuvens.23/10/2012
13:320,785
6,82607
ALT
O10
1312
Choveu
dem
anhã.Sole
nuvens.31/10/2012
13:200,897
7,80008
MU
ITO
ALT
OS/
medida
S/m
edidaS/
medida
Dia
desolc/
poucasnuvens.
75
Figura 46: Comparação das medidas feitas com o CPTEC.
Figura 47: Classificação das medidas.
76
Figura 48: Classificação das medidas obtidas no sítio do CPTEC.
4.3 Discussão dos Resultados
Conforme os testes mostram, o protótipo realiza as tarefas impostas no início deste
trabalho. A realização deste projeto mostrou-se extremamente desafiadora e, também,
útil para se entender amplamente sobre radiação ultravioleta, seus efeitos no ser humano,
e, principalmente, sobre as medidas de índice UV.
Antes do início do projeto deste protótipo, a coordenadora do LIO havia adquirido
um medidor de índice ultravioleta da SGLUX, próprio para comparação científica deste
projeto. Porém, ao testarmos o sistema, verificou-se que nos foi enviado descalibrado pela
empresa Alemã SGLUX e até o momento a coordenadora está em negociação para que
solucionem o problema e honrem a venda efetuada para a Universidade de São Paulo.
Assim, a única referência de comparação para este trabalho é o sítio do INPE.
Os autores Karel Vanicek et al., utilizam uma fórmula para determinar o índice UV,
assim como os satélites o fazem, i.e., o IUV atenuado, que é dado pela Equação 4.1 [3]
IUV = IUVO × FMN × (1 + 0, 008×∆H) (4.1)
em que, IUVO é o índice UV sem nuvens, FMN é o fator de modificação das nuvens
que varia de 0 a 1 para diferentes tipos de nuvens, i.e., quanto mais nuvens, menor esta
constante, e, ∆H é a diferença de altitude em quilômetros (km) de onde o IUVO se
refere[3].
77
Sabendo que os satélites se baseiam em algoritmos como a Equação 4.1, é interessante
notar a diferença entre as medidas obtidas com este projeto, e as medidas divulgadas pela
CPTEC. Enquanto que, a classificação obtida para a maioria das medidas realizadas com
o sensor UV-Cosine não passaram de MUITO ALTO, quase todas as medidas do sítio do
CPTEC foram classificadas como EXTREMO.
As observações da Tabela 9 são essenciais para explicar os resultados obtidos. Em
algumas medidas, nuvens sobre o sensor diminuiam muito o IUV, como, por exemplo, a
medida feita no dia 19/10/2012 às 11:59 h, na qual obteve-se uma medida de índice UV de
5, enquanto que a CPTEC obteve um IUV de 11. Contudo, tal nuvem estava passando na
região que estava o sensor, anulando, assim, a medida. Caso houvessem outros sensores
em outras regiões da cidade de São Carlos-SP, aquela poderia ser anulada, considerando
apenas as medidas dos outros sensores.
Tanto as medidas obtidas pelo sensor de IUV deste projeto, quanto as medidas do
sítio da CPTEC, nos fornecem um dado alarmante quanto ao índice UV na cidade. Para
valores de IUV medidos no horário de 15:00:00 GMT, cinco foram classificados como
MUITO ALTO, dois como ALTO e um MODERADO. Para tais valores, a Organização
Mundial da Saúde recomenda proteção extra, e.g., evitar ficar exposto ao Sol nos horários
próximos ao meio-dia, procurar sombras, usar camisas que protegem o braço, óculos de
Sol e protetor solar [4].
4.4 Conclusão
A construção deste sistema é fundamental para a equipe do Laboratório de Instru-
mentação Oftálmica - LIO/SEL/EESC/USP - ter conhecimento mais aprofundado sobre
índices de ultravioleta, uma vez que a coordenadora do grupo é uma das responsáveis por
revisar a norma brasileira para óculos de sol atual, NBR15111 (2004).
Os resultados obtidos, por meio do desenvolvimento de um dispositivo eletrônico que
permitisse realizar medições de índice ultravioleta na superfície terrestre e dos testes rea-
lizados, mostraram que o projeto, ainda em bancada, viabiliza a construção do protótipo
para ser fixado no alto de um dos prédios da área 1 do campus da USP de São Carlos.
4.5 Trabalhos Futuros
Deseja-se, futuramente, produzir um sistema finalizado com placas de circuito im-
presso profissionais em fibra de vidro, com máscara de solda, utilizando somente com-
78
ponentes SMD, como as placas finais projetadas. No entanto, para se ter um sistema
mais robusto, seria interessante a utilização de rádios transmissores mais potentes, como,
por exemplo, o XBee-Pro da marca MaxStream, que em ambientes externos alcança 1600
metros.
Em relação à análise das figuras obtidas pelo satélite, não foi implementado nenhum
tipo de algoritmo para se obter o índice UV médio na cidade de São Carlos-SP. Seria
interessante fazer uma análise por visão computacional destas figuras para a região de
São Carlos-SP para a obtenção de tal valor, não ficando, assim, somente com conclusões
visuais. Tais figuras podem ser vistas no Apêndice G.
Outro ponto importante, que é um objetivo do Laboratório de Instrumentação Oftál-
mica - LIO - é a introdução deste equipamento no Totem UV, já desenvolvido em outros
trabalhos, criando uma plataforma interativa para o público leigo ter acesso aos dados
dessa pesquisa.
79
Referências
[1] WHARTON, D. A., Life at the Limits: Organisms in extreme environments.Cambridge University Press, 2002.
[2] SILVA, F. R., Estudo da Radiação Ultravioleta na Cidade de Natal-RN. Dissertação(Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia.Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2008.
[3] VANICEK, K. et al., UV-Index for the Public. Brussels: COST-713, 1999. 26p.
[4] WORLD HEALTH ORGANIZATION, Global Solar UV-Index: A Pratical Guide.Geneva: WHO/UNEP/ICNIRP, 32p, 2002. (WHO/SO2/OEH/02.2)
[5] INTERNATIONAL COMMISSION ON NON-IONIZING RADIATION PRO-TECTION, ICNIRP Guidelines: On limits of exposure to ultraviolet radiation ofwavelength between 100 nm and 400 nm (incoherent optical radiation). Publishedin: Health Physics 87(2), p.171-186, 2004.
[6] DIFFEY, B.L., Solar ultraviolet radiation effects on biological systems. Physics inMedicine and Biology, v36, n.3, p.299-328, 1991.
[7] BELMONTE, J. G., et al., Wireless sensor network development for measuringultraviolet radiation on human health application. U. N. R. Journal, Year 2, Volume2, Jun. 2010. p.613-621.
[8] McKINLAY, A. F.; DIFFEY, B. L., A reference action spectrum for ultraviolet-induced erythema in human skin. CIE Journal, 6-1, p.17-22, 1987.
[9] LIN, Y. et al., Application of Sun Protection Factor and Ultra Violet in AlarmingHat. The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society(IECON), Taipei, Taiwan, Nov. 5-8,2007.
[10] JOKELA, K.; HUURTO, L.; VISURI, R., Optical Test Results for SunburnUV-Meter Solar Light Model 500. Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety,Helsinki, Finland, CH2971-0/91/0000-0951$01.00, 1991.
80
[11] KIEDRON, P. et al., Instantaneous UV Index and Daily UV Dose Calculations.Retirado de: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/neubrew/docs/UVindex.pdf, 5p.,2007.
[12] GRAEME, J. G. et al., Photodiode Amplifier. Op Amp Solutions. New York:McGraw-Hill, 1996.
[13] FIOLETOV, V. E. et al., UV index climatology over the United States andCanada from ground-based and satellite estimates. J. Geophys. Res., 109, D22308,doi:10.1029/2004JD004820, 2004.
[14] RUBIN, M. B., The History of Ozone. The Schönbein Period, 1839-1868. Technion-Israel Institute of Technology, Bull. Hist. Chem., v.26, n.1, 2001.
[15] MOLINA, M. J.; ROWLAND F. S., Stratospheric sink for chlorofluormethanes:chlorine atom-catalyzed destruction of ozone. Nature, 1974.
[16] NEWMAN, P. A., Facts: What is a Dobson Unit?. Retirado de:http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/dobson.html, 2008.
[17] FOX, M., Quantum Optics. An Introduction. Oxford University Press, 2006.
[18] KIRCHHOFF, V. W. J. H., A Variação Sazonal da Radiação Ultravioleta SolarBiologicamente Ativa. Brazilian Journal of Geophysics, Vol. 18(1), 2000.
[19] KIRCHHOFF, V. W. J. H., Introdução à Geofísica Espacial. São Paulo: NovaStella, Editora da Universidade de São Paulo: FAPESP, 1991.
[20] KIRCHHOFF, V. W. J. H., Ozônio e Radiação UV-B. Transtec Editorial, São Josédos Campos, 149p., 1995.
81
Apêndices
Apêndice A - Esquemático do protótipo da fonte de alimentação
1 1
2 2
3 3
4 4
DD
CC
BB
AA
Title
Num
berR
evisionSize
A4
Date:
30/10/2012Sheet of
File:C
:\Users\..\alim
ent_modulo1_v1.SchD
ocD
rawn By:
Protótipo da Fonte de Alim
entação
1
1Alexandre A
. C. R
ossmann
1
D1
Diode 1N
4001D
2D
iode 1N4001
D3
Diode 1N
4001D
4D
iode 1N4001
GN
DA
C
GN
D
GN
DA
C
IN1
2
OU
T3
GN
D
U3
MC
7805AC
T0.1uF
C4
Cap
0.1uF
C6
Cap
1000uF
C1
Cap Pol1
0.33uF
C2
Cap
0.1uF
C3
Cap
GN
DG
ND
GN
DG
ND
GN
DG
ND
GN
D
GN
D
15VD
C15V
DC
15VD
C
IN3
2
OU
T1
GN
D
U1
MC
78L12AB
PRA
11
22
P2
11
22
P3
1000uF
C8
Cap Pol1
GN
D
11
22
P1
5VD
C
5VD
C
IN1
2
OU
T3
GN
D
U2
µA78M
33CK
C0.1uF
C7
Cap
GN
D 3V3D
C
GN
D
0.1uF
C5
Cap
GN
D
1000uF
C9
Cap Pol1
GN
D
3V3D
C
W1
Fusível 100mA
W2
Fusível 1A
W3
Fusível 500 mA
15VD
C
PIC101PIC102COC1
PIC201 PIC202COC2
PIC301 PIC302COC3
PIC401 PIC402COC4
PIC501 PIC502COC5
PIC601 PIC602COC6
PIC701 PIC702COC7
PIC801PIC802COC8
PIC901PIC902COC9
PID101 PID102COD1
PID201 PID202COD2
PID301 PID302COD3
PID401 PID402COD4
PIP101
PIP102
COP1PIP201
PIP202COP2
PIP301
PIP302COP3
PIU101
PIU102
PIU103 COU1
PIU201
PIU202
PIU203
COU2
PIU301
PIU302
PIU303
COU3
PIW101PIW102
COW1
PIW201PIW202
COW2
PIW301PIW302
COW3
PIC702
PIP302
PIU203
NL3V3DC
PIC602
PIP201
PIU303
NL5VDC
PID102PID202
PIW101
PIW201
PIW301NL15VDC
PIC102PIC201
PIC301
PIC401
PIC501
PIC601PIC701
PIC802
PIC902
PID301PID401
PIP301
PIU102PIU202 PIU302
PID201PID402
PIP102
PIC101PIC202
PIU103
PIW102
PIC302
PIP202
PIU101
PIC402PIC801
PIU301
PIW202
PIC502PIC901
PIU201
PIW302
PID101PID302
PIP101
82
Apêndice B - Esquemático do protótipo de teste doPIC24FJ64GB002
1 1
2 2
3 3
4 4
DD
CC
BB
AA
Title
Num
berR
evisionSize
A4
Date:
30/10/2012Sheet of
File:C
:\Users\..\v2.SchD
ocD
rawn By:
PGED
1/AN
2/C2IN
B/D
PH/R
P0/PMD
0/CN
4/RB
01
PGEC
1/AN
3/C2IN
A/D
MH
/RP1/PM
D1/C
N5/R
B1
2
AN
4/C1IN
B/D
PLN/SD
A2/R
P2/PMD
2/CN
6/RB
23
AN
5/C1IN
A/D
MLN
/RTC
C/SC
L2/RP3/PM
WR
/CN
7/RB
34
VSS
24
OSC
I/CLK
I/C1IN
D/PM
CS1/C
N30/R
A2
6
OSC
O/C
LKO
/PMA
0/CN
29/RA3
7
SOSC
I/C2IN
D/R
P4/PMB
E/CN
1/RB
48
SOSC
O/SC
LKI/T1C
K/C
2INC
/PMA
1/CN
0/RA
49
VD
D10
TMS/U
SBID
/CN
27/RB
511
VB
US
12
TDI/R
P7/PMD
5/INT0/C
N23/R
B7
13
TCK
/USB
OEN
/SCL1/R
P8/PMD
4/CN
22/RB
814
TDO
/SDA
1/RP9/PM
D3/R
CV
/CN
21/RB
915
DISV
REG
16
VCA
P/VD
DC
OR
E17
PGED
2/D+/V
PIO/R
P10/CN
16/RB
1018
PGEC
2/D-/V
MIO
/RP11/C
N15/R
B11
19
VU
SB20
AN
11/C1IN
C/R
P13/PMR
D/R
EFO/SESSEN
D/C
N13/R
B13
21
AN
10/C3IN
B/C
VREF/V
CPC
ON
/VB
USO
N/R
P14/CN
12/RB
1422
AN
9/C3IN
A/V
BU
SCH
G/R
P15/VB
USST/C
N11/R
B15
23
VSS
5
VD
D25
MC
LR26
PGED
3/AN
0/C3IN
C/V
REF+/ASD
A1/R
P5/PMD
7/CTED
1/VB
USV
LD/V
CMPST1/C
N2/R
A0
27
PGEC
3/AN
1/C3IN
D/V
REF-/ASC
L1/RP6/PM
D6/C
TED2/SESSV
LD/V
CMPST2/C
N3/RA
128
VSS
29
U1
PIC24FJ64G
B002-I/M
L
GN
DG
ND
22pF
C2
Cap
22pF
C1
Cap
OSC
IO
SCO
HC
49/U
12
X1
OSC
IO
SCO
VC
C
GN
D
10K
R1
Res2
220
R2
Res2
0.1uF
C3
Cap
0
12
34
SW1
GN
D
10uF
C4
Cap Pol1
0.1uF
C5
Cap
GN
DG
ND
VC
C
GN
D MC
LR_IC
SP
MC
LR
Any com
ponents associated with
the MC
LR pin should be placed
within 0.25 inch (6 m
m) of the pin.
The placement of this capacitor
should be close to VCA
P/VD
DC
OR
E. It is recom
mended that the trace
length not exceed 0.25 inch (6 mm
).
123456
P3ICSP
MC
LR
MC
LR_IC
SP
Do not use pull-ups on PG
C/PGD ?
they will disrupt the voltage levels, since
these lines have 4.7 kO pull-dow
n resistors in the debugger.D
o not use capacitors on PGC
/PGD
? they will prevent fast transitions on data
and clock lines during programm
ing and debug comm
unications.D
o not use capacitors on MCLR ?
they will prevent fast transitions of V
PP. Asim
ple pull-up resistor is generally sufficient.D
o not use diodes on PGC
/PGD
? they will prevent bidirectional
Com
munication
between the debugger and the target device. 1 = V
PP/MC
LR2 = V
DD
Target3 = V
SS (ground)4 = IC
SPDA
T/PGD
5 = ICSPC
LK/PG
C6 = LV
P
VC
C
GN
D
PGD
PGC
PGD
PGC
RB
0R
B1
RB
2R
B3
RB
1R
B2
RB
3
RB
0
RB
4
RB
5RA
4
RB
7R
B8
RB
4
RB
7
RB
5
RA4
RB
8
RB
9
RB
10R
B11
RB
13R
B14
RB
15
RB
10R
B11
RB
13R
B14
RB
15
123456
P2Header 6
RB
9
VB
US
VB
US
1234
P1Header 4
123456
P4Header 6
11
22
P5
VC
C
GN
D
0.1uF
C6
Cap
0.1uF
C7
Cap
0.1uF
C8
Cap
Protótipo de Teste para o PIC24FJ64G
B002 c/ encapsulam
ento QFN
de 28 pinos
11
1Alexandre R
össmann
1
PIC101 PIC102COC1
PIC201 PIC202COC2
PIC301 PIC302COC3
PIC401PIC402COC4
PIC501 PIC502COC5
PIC601 PIC602COC6
PIC701 PIC702COC7
PIC801 PIC802COC8
PIP101
PIP102
PIP103
PIP104 COP1
PIP201
PIP202
PIP203
PIP204
PIP205
PIP206 COP2
PIP301
PIP302
PIP303
PIP304
PIP305
PIP306 COP3
PIP401
PIP402
PIP403
PIP404
PIP405
PIP406 COP4
PIP501
PIP502
COP5PIR101 PIR102COR1
PIR201PIR202 COR2
PISW100
PISW101
PISW102
PISW103
PISW104
COSW1
PIU101
PIU102
PIU103
PIU104
PIU105
PIU106
PIU107
PIU108
PIU109
PIU1010
PIU1011
PIU1012
PIU1013
PIU1014
PIU1015
PIU1016
PIU1017
PIU1018
PIU1019
PIU1020
PIU1021
PIU1022
PIU1023
PIU1024
PIU1025
PIU1026
PIU1027
PIU1028
PIU1029 COU1
PIX101
PIX102
COX1
PIC101PIC201
PIC301
PIC402PIC501
PIC601PIC701
PIC801
PIP303
PIP501
PIU105
PIU1016
PIU1024
PIU1029
PIR201
PIU1026
NLMCLR
PIP301
PIR101PIR202
PISW103
NLMCLR0ICSP
PIC302PISW104
PIC401PIC502
PIU1017
PIP306
PISW100
PISW101
PISW102
PIC102
PIU106
PIX101
NLOSCI
PIC202
PIU107
PIX102NLOSCO
PIP305
PIU1028
NLPGCPIP304
PIU1027
NLPGD
PIP402
PIU109
NLRA4
PIP101
PIU101
NLRB0
PIP102
PIU102
NLRB1
PIP103
PIU103
NLRB2
PIP104
PIU104
NLRB3
PIP401
PIU108
NLRB4
PIP403
PIU1011
NLRB5
PIP405
PIU1013
NLRB7PIP406
PIU1014
NLRB8
PIP201
PIU1015
NLRB9
PIP202
PIU1018
NLRB10
PIP203
PIU1019
NLRB11
PIP204
PIU1021
NLRB13
PIP205
PIU1022
NLRB14
PIP206
PIU1023
NLRB15
PIP404
PIU1012
NLVBUS
PIC602PIC702
PIC802
PIP302
PIP502
PIR102
PIU1010
PIU1020
PIU1025
83
Apêndice C - Esquemático do protótipo de teste do Bluetooth
1 1
2 2
3 3
4 4
DD
CC
BB
AA
Title
Num
berRevision
Size
A4
Date:
20/09/2012Sheet of
File:C
:\Users\..\B
luetooth.SchDoc
Draw
n By:
RN
42
GN
D1
SPI_MO
SI2
PIO6
3
PIO7
4
RESET#
5
SPI_SCK
6
PCM_C
LK7
PCM_SY
NC
8
PCM_IN
9
PCM_O
UT
10
VD
D11
GN
D12
UA
RT_RX
13
UA
RT_TX14
UA
RT_RTS15
UA
RT_CTS16
USB
_D+
17
USB
_D-
18
PIO2
19
PIO3
20
PIO5
21
PIO4
22
SPI_CS#
23
SPI_MISO
24
GND28
GND29
AIO030
PIO831
PIO932
PIO1033
PIO1134
AIO135
M1
RN
42 Module
VD
D
0.1uF
C6
Cap
GN
D
Decoupling caps - B
luetooth e max3232
VD
D
RESET
RESET
CTS
CTS3.3
RTSRTS3.3
TX
TX3.3
RX
RX
3.3
GN
D
GN
DG
ND
VD
D
GN
D
11
22
P1
VD
D
GN
D
12345 6 7 8
S1SW-D
IP41K R
4
Res3
1) Os pinos 1, 12, 28 e 29 são G
ND
2) 25-27 são NC
- NEM
APA
REC
E.3) Factory reset PIO
4. It is a good idea to connect this pin to a sw
itch, or jumper, or
resistor, so it can be accessed. This pin can be used to reset the m
odule to FACTO
RY
D
EFAU
LTS and is often critical in situations w
here the module has been m
is-configured.4) PIO
5 is available to drive an LED, and
blinks at various speeds to indicate status.5) PIO
2 is an output which directly reflects the
connection state, it goes HIG
H w
hen connected, and LO
W otherw
ise.
PIO4
PIO5
1K R1
Res3
1K R3
Res3
1K R5
Res3
1K R7
Res3
PIO4
VD
D
12345 6789
1110
J1D C
onnector 9
PIO2
PIO5
PIO2
LY 5360-K
D1
220
R2
Res3
VD
D
220
R6
Res3
LS 5360-K
D2
GN
D
IMPO
RTAN
TE - Placing 3.3Vdc into the
PIO?s while they are set as outputs w
ill perm
anently damage the radio m
odules. The failure m
ode is short across GN
D and V
CC
. U
se a 10KO
resistor in series or a 10KO
pull up resistor for input and output PIO?s respectively.
Make sure to connect a com
mon ground w
hen using the external TX
, RX
inputs 0 ? 3.3Vdc.
For a 3 wire D
B-9 interface (tx, rx, gnd only)
connect/short CTS to RTS, Factory default is hardw
are flow control enabled CTS and R
TS connected.
When using a 5.0V
dc Input, PIO?s require a voltage divider. A
good choice is 10K ohm
series w
ith 20K to G
round. PIO?s are 0-3.3V
dc not 5 volt tolerant.
GN
D
GN
D
13
10 11
8
129
147
C1+
1
C2+
4
GN
D15
C1-
3V
CC
16
C2-
5
V-
6
V+
2
U1
MA
X3232EPE
TXRTS
RX
CTS
VD
D
GN
D
GN
D
GN
D
TX3.3
RTS3.3R
X3.3
CTS3.3
Pin 9 = VC
C ou V
+? = Decidido N
AD
A
1K R8
Res3
1K R9
Res3
PIO3
PIO6
PIO7
PIO4 = Factory R
ESETPIO
3 = Auto Pairing/D
CD
(sw
itch 2)PIO
6 = Set Bluetooth M
aster (high = auto-m
aster m
ode)/DSR
(sw 3)
PIO7 = CTS (sw
4) = baud (high = 9600, low
= 115k or firm
ware settings)
0.1uF
C7
Cap
PIO3
PIO6
PIO7
1234
P2Header 4
PIO8
PIO9
PIO10
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11
10K
R10
Res3
10K
R11
Res3
10K
R12
Res3
PLACA
BLU
ETOO
TH R
N-41 c/ RA
DIO
2
11ALEX
AN
DR
E RO
SSMA
NN
SETTING
GPIO
8-9-10-11S*,<hexw
ord> = MA
SK[11..8]
VA
LUE[11..8]
For the upper 4 GPIO
, a single word
controls the mask and values, and
only the lower 4 bits of each byte are
used. The first time this com
mand is
used, all 4 GPIO
are driven as outputs and rem
ain so until a power cycle.
There is no powerup com
mand for
these bits, only the interactive one. Som
e modules do not offer these
GPIO
.Exam
ples:S*,0101 G
PIO-8 driven H
IGH
.S*,0100 G
PIO-8 driven LO
W.
S*,0202 GPIO
-9 driven HIG
H.
RN
-41 contains a 1k pullup to V
CC
, the polarity of reset on the R
N41 is A
CTIVE LO
W
A pow
er on reset circuit with
delay is OPTIO
NA
L on the reset pin of the m
odule. It should only be required if the input pow
er supply has a very slow
ramp, or
tends to bounce or have instability on pow
er up.Tântalo ou C
erâmico? = D
ecidido Cerâm
ico
Só comunicação B
luetooth PC
0.1uF
C1
Cap Sem
i
0.1uF
C3
Cap Sem
i0.1uF
C2
Cap Sem
i
0.1uF
C4
Cap Sem
i
SP_MO
SP_MO
SP_MI
SP_MI
SP_CK
SP_CK
SP_CS
SP_CS
1432
P3Header 4
Não terá opcional V
DD
e GN
D
1234
P4Serial TTL
W3
Jumper
W8Jum
per
W6
Jumper
W1
Jumper
W2
Jumper
W4
Jumper
W5
Jumper
W7
Jumper
RX_TTL
TX_TTL
RTS_TTLCTS_TTL
RX_TTL
TX_TTL
RTS_TTL
CTS_TTL
10K
R13
Res3
PIO11
10uF
C5
EKS00A
A210H
00
PIC101 PIC102COC1
PIC201 PIC202COC2
PIC301 PIC302COC3
PIC401 PIC402COC4
PIC501PIC502
COC5
PIC601 PIC602COC6
PIC701 PIC702COC7
PID101
PID102
COD1
PID201
PID202
COD2
PIJ101
PIJ102
PIJ103
PIJ104
PIJ105
PIJ106
PIJ107
PIJ108
PIJ109
PIJ1010
PIJ1011
COJ1
PIM101
PIM102
PIM103
PIM104
PIM105
PIM106
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1011
PIM1012
PIM1013
PIM1014
PIM1015
PIM1016
PIM1017
PIM1018
PIM1019
PIM1020
PIM1021
PIM1022
PIM1023
PIM1024
PIM1028PIM1029
PIM1030PIM1031
PIM1032PIM1033
PIM1034PIM1035
COM1
PIP101
PIP102
COP1
PIP201
PIP202
PIP203
PIP204 COP2
PIP301
PIP302
PIP303
PIP304
COP3
PIP401
PIP402
PIP403
PIP404 COP4
PIR101PIR102
COR1
PIR201PIR202
COR2
PIR301PIR302
COR3
PIR401PIR402
COR4PIR501
PIR502COR5
PIR601PIR602
COR6
PIR701PIR702
COR7
PIR801PIR802
COR8
PIR901PIR902
COR9
PIR1001PIR1002
COR10
PIR1101PIR1102
COR11
PIR1201PIR1202
COR12
PIR1301PIR1302
COR13
PIS101
PIS102
PIS103
PIS104
PIS105
PIS106
PIS107
PIS108
COS1
PIU101
PIU102
PIU103
PIU104
PIU105
PIU106
PIU107
PIU108
PIU109
PIU1010
PIU1011
PIU1012
PIU1013
PIU1014
PIU1015
PIU1016
COU1PIW101
PIW102
COW1
PIW201PIW202
COW2
PIW301PIW302
COW3
PIW401PIW402
COW4
PIW501PIW502
COW5
PIW601PIW602
COW6
PIW701PIW702
COW7
PIW801PIW802
COW8
PIJ108
PIU108
NLCTS
PIR901
PIW102
NLCTS303
PIP404
PIW202
NLCTS0TTL
PIC201PIC401
PIC502PIC601
PIC701
PID202
PIJ105
PIJ1010
PIJ1011
PIM101
PIM1012
PIM1028PIM1029
PIP102
PIU1015
PIC101PIU103
PIC102PIU101
PIC202PIU102
PIC301
PIU105
PIC302PIU104
PIC402PIU106
PID102
PIR202PID201
PIR602
PIJ101
PIJ104
PIJ106
PIJ109
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1013
PIW701
PIW801
PIM1014
PIW501
PIW601
PIM1015
PIW301
PIW401
PIM1016
PIW101
PIW201
PIM1017
PIM1018
PIM1030PIM1035
PIP201
PIR1002
PIP202
PIR1102
PIP203
PIR1202PIP204
PIR1302
PIR102
PIS101
PIR302
PIS102
PIR502
PIS103
PIR702
PIS104
PIR802PIU1012
PIR902
PIU109
PIM1019
PIR601NLPIO2
PIM1020
PIS107 NLPIO3
PIM1022
PIS108 NLPIO4
PIM1021
PIR201NLPIO5
PIM103
PIS106 NLPIO6
PIM104
PIS105 NLPIO7
PIM1031
PIR1001NLPIO8
PIM1032
PIR1101NLPIO9
PIM1033
PIR1201NLPIO10
PIM1034
PIR1301NLPIO11
PIM105
PIR402
NLRESET
PIJ107
PIU107
NLRTS
PIU1010
PIW302
NLRTS303
PIP403
PIW402
NLRTS0TTL
PIJ102
PIU1013
NLRX
PIR801
PIW802
NLRX303
PIP401
PIW702
NLRX0TTL
PIM106
PIP303
NLSP0CK
PIM1023
PIP302
NLSP0CS
PIM1024
PIP301
NLSP0MI
PIM102
PIP304
NLSP0MO
PIJ103
PIU1014NLTX
PIU1011
PIW602
NLTX303
PIP402
PIW502
NLTX0TTL
PIC501PIC602
PIC702
PID101
PIM1011
PIP101
PIR101
PIR301
PIR401PIR501
PIR701
PIU1016
84
Apêndice D - Esquemático da placa final do módulo 1
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
DD
CC
BB
AA
Title
Num
berR
evisionSizeA
3
Date:
02/11/2012Sheet of
File:C:\U
sers\..\modulo1.SchD
ocD
rawn By:
PGED
1/AN
2/C2IN
B/D
PH/R
P0/PMD
0/CN
4/RB
01
PGEC
1/AN
3/C2IN
A/D
MH
/RP1/PM
D1/C
N5/R
B1
2
AN
4/C1IN
B/D
PLN/SD
A2/R
P2/PMD
2/CN
6/RB
23
AN
5/C1IN
A/D
MLN
/RTC
C/SC
L2/RP3/PM
WR
/CN
7/RB
34
VSS
24
OSCI/C
LKI/C
1IND
/PMC
S1/CN
30/RA2
6
OSC
O/C
LKO
/PMA
0/CN
29/RA3
7
SOSC
I/C2IN
D/R
P4/PMB
E/CN
1/RB
48
SOSC
O/SC
LKI/T1C
K/C
2INC
/PMA
1/CN
0/RA4
9
VD
D10
TMS/U
SBID/C
N27/R
B5
11V
BU
S12
TDI/R
P7/PMD
5/INT0/C
N23/R
B7
13
TCK
/USB
OEN
/SCL1/R
P8/PMD
4/CN
22/RB
814
TDO
/SDA
1/RP9/PM
D3/R
CV
/CN
21/RB
915
DISV
REG
16
VCA
P/VD
DC
OR
E17
PGED
2/D+/V
PIO/R
P10/CN
16/RB
1018
PGEC
2/D-/V
MIO
/RP11/C
N15/R
B11
19
VU
SB20
AN
11/C1IN
C/R
P13/PMR
D/R
EFO/SESSEN
D/C
N13/R
B13
21
AN
10/C3IN
B/C
VR
EF/VC
PCO
N/V
BU
SON
/RP14/C
N12/R
B14
22
AN
9/C3IN
A/V
BU
SCH
G/R
P15/VB
USST/C
N11/R
B15
23
VSS
5
VD
D25
MC
LR26
PGED
3/AN
0/C3IN
C/V
REF+/A
SDA
1/RP5/PM
D7/C
TED1/V
BU
SVLD
/VC
MPST1/C
N2/RA
027
PGEC
3/AN
1/C3IN
D/V
REF-/A
SCL1/R
P6/PMD
6/CTED
2/SESSVLD
/VC
MPST2/C
N3/RA
128
VSS
29
U1
PIC24FJ64G
B002-I/M
L
GN
DG
ND
22pF
C7
Cap
22pF
C6
Cap H
C49/U
12
X1
VD
D
GN
D
10K
R2
Res2
220
R3
Res2
0.1uF
C10
Cap
GN
D
10uF
C8
Cap Pol1
0.1uF
C9
Cap
GN
DG
ND
VD
D
GN
D
Any com
ponents associated with
the MC
LR pin should be placed
within 0.25 inch (6 m
m) of the pin.
The placement of this capacitor
should be close to VCA
P/VD
DC
OR
E. It is recom
mended that the trace
length not exceed 0.25 inch (6 mm
).
123456
P3ICSP
1 = VPP/M
CLR
2 = VD
D Target
3 = VSS (ground)
4 = ICSPD
AT/PG
D5 = IC
SPCLK
/PGC
6 = LVP
VD
D
GN
D
1234
P1Header 4
0.1uF
C1
Cap
0.1uF
C2
Cap
0.1uF
C3
Cap
VD
D
0.1uF
C11
Cap
GN
D
Decoupling caps - Bluetooth
VD
D
GN
D
GN
DG
ND
VD
D
GN
D
12345 6 7 8
S1SW-D
IP4
1K R13
Res3
1K R8
Res3
1K R10
Res3
1K R11
Res3
1K R14
Res3
VD
D
LY 5360-K
D4
220
R9
Res3
VD
D
220
R12
Res3
LS 5360-K
D5
GN
D
1234
P4Header 4
10K
R15
Res3
10K
R16
Res3
10K
R17
Res3
10K
R18
Res3
LY 5360-K
D1
220
R1
Res3
LY 5360-K
D2
220
R4
Res3
LY 5360-K
D3
220
R5
Res3
VD
D
12
P2Header 2
VD
D
GN
D
0.1uF
C4
Cap
GN
D
GN
D
0.1uF
C5
Cap
GN
D
V12
VD
D
44
11
22
33
*1NX
1117C33Z
VD
D
RN
42
GN
D1
SPI_MO
SI2
PIO6
3
PIO7
4
RESET#
5
SPI_SCK
6
PCM
_CLK
7
PCM
_SYN
C8
PCM
_IN9
PCM
_OU
T10
VD
D11
GN
D12
UA
RT_R
X13
UA
RT_TX
14
UA
RT_R
TS15
UA
RT_C
TS16
USB
_D+
17
USB
_D-
18
PIO2
19
PIO3
20
PIO5
21
PIO4
22
SPI_CS#
23
SPI_MISO
24
GND28
GND29
AIO030
PIO831
PIO932
PIO1033
PIO1134
AIO135
M1
RN
42 Module
PIO5
PIO2
PIO5
PIO2
PIO4
PIO3
PIO6
PIO7
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11
RX
_CM
OS
TX_C
MO
S
TX_C
MO
SR
X_C
MO
S
PIO3
PIO4
RESET
RESET
PIO6
PIO7
AN
11
MC
LRM
CLR
PGD
PGC
RB
5
RB
7R
B8
PGD
PGC
RB
0R
B1
RB
2R
B3
RB
0R
B1
RB
2R
B3
RB
5
RB
7
RB
8
D-
D+
MC
LR_IC
SP
OSCI
OSC
O
OSCI
OSC
O
MC
LR_IC
SP
12
P5Header 2
12
P6Header 2
UA
RT_TX
UA
RT_R
X
UA
RT_TX
UA
RT_R
X
11
22
P711
22
P8
AN
11G
ND
GN
D
V12
D6
Diode 1N
4001D
7D
iode 1N4001
D8
Diode 1N
4001D
9D
iode 1N4001
GN
D
GN
DA
C
15VD
C
1000uF
C12
Cap Pol1
0.33uF
C13
Cap
0.1uF
C14
Cap
GN
DG
ND
GN
DG
ND
15VD
CW
1
Fusível 500mA
J1Socket
J2SocketGN
DA
C
V12
IN1
2
OU
T3
GN
D
U2
µA7812CK
C
PI0101
PI0102
PI0103
PI0104
CO01
PIC101 PIC102COC1
PIC201 PIC202COC2
PIC301 PIC302COC3
PIC401 PIC402COC4
PIC501 PIC502COC5
PIC601 PIC602COC6
PIC701 PIC702COC7
PIC801PIC802
COC8
PIC901 PIC902COC9
PIC1001 PIC1002COC10
PIC1101 PIC1102COC11
PIC1201PIC1202
COC12
PIC1301 PIC1302COC13
PIC1401 PIC1402COC14
PID101
PID102
COD1
PID201
PID202
COD2
PID301
PID302
COD3
PID401
PID402
COD4
PID501
PID502
COD5
PID601 PID602COD6
PID701 PID702COD7
PID801 PID802COD8
PID901 PID902COD9
PIJ101
COJ1
PIJ201
COJ2
PIM101
PIM102
PIM103
PIM104
PIM105
PIM106
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1011
PIM1012
PIM1013
PIM1014
PIM1015
PIM1016
PIM1017
PIM1018
PIM1019
PIM1020
PIM1021
PIM1022
PIM1023
PIM1024
PIM1028PIM1029
PIM1030PIM1031
PIM1032PIM1033
PIM1034PIM1035
COM1
PIP101
PIP102
PIP103
PIP104 COP1
PIP201
PIP202
COP2
PIP301
PIP302
PIP303
PIP304
PIP305
PIP306 COP3
PIP401
PIP402
PIP403
PIP404 COP4
PIP501
PIP502
COP5
PIP601
PIP602
COP6
PIP701
PIP702COP7
PIP801
PIP802COP8
PIR101PIR102
COR1
PIR201 PIR202COR2
PIR301PIR302 COR3
PIR401PIR402
COR4
PIR501PIR502
COR5
PIR801PIR802
COR8
PIR901PIR902
COR9
PIR1001PIR1002
COR10
PIR1101PIR1102
COR11
PIR1201PIR1202
COR12
PIR1301PIR1302
COR13
PIR1401PIR1402
COR14
PIR1501PIR1502
COR15
PIR1601PIR1602
COR16
PIR1701PIR1702
COR17
PIR1801PIR1802
COR18
PIS101
PIS102
PIS103
PIS104
PIS105
PIS106
PIS107
PIS108
COS1
PIU101
PIU102
PIU103
PIU104
PIU105
PIU106
PIU107
PIU108
PIU109
PIU1010
PIU1011
PIU1012
PIU1013
PIU1014
PIU1015
PIU1016
PIU1017
PIU1018
PIU1019
PIU1020
PIU1021
PIU1022
PIU1023
PIU1024
PIU1025
PIU1026
PIU1027
PIU1028
PIU1029 COU1
PIU201
PIU202
PIU203
COU2
PIW101PIW102
COW1PIX101
PIX102
COX1PID602
PID702PIW101
NL15VDC
PIP802
PIU1021
NLAN11
PIU1018 NLD0
PIU1019 NLD0
PI0101
PIC101PIC201
PIC301PIC401
PIC501
PIC601PIC701
PIC802PIC901
PIC1001
PIC1101
PIC1202PIC1301
PIC1401
PID502
PID801PID901
PIM101
PIM1012
PIM1028PIM1029
PIP303
PIP702
PIP801
PIU105
PIU1016
PIU1024
PIU1029
PIU202PID701PID902
PIJ201
PIR301PIU1026
NLMCLR
PIP201
PIP301
PIR201PIR302
NLMCLR0ICSP
PIC801PIC902
PIU1017
PIC1002PIP202
PIC1201PIC1302
PIU201
PIW102
PID102
PIR102PID202
PIR402PID302
PIR502
PID402
PIR902PID501
PIR1202
PID601PID802
PIJ101
PIM102
PIM106
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1015
PIM1016
PIM1017
PIM1018
PIM1023
PIM1024
PIM1030PIM1035
PIP306
PIP401
PIR1502
PIP402
PIR1602
PIP403
PIR1702PIP404
PIR1802
PIR802
PIS101
PIR1002
PIS102
PIR1102
PIS103
PIR1402
PIS104
PIU108
PIU109
PIU1012
PIU1015
PIC602
PIU106
PIX101
NLOSCI
PIC702
PIU107
PIX102 NLOSCO
PIP305
PIU1028
NLPGCPIP304
PIU1027
NLPGD
PIM1019
PIR1201NLPIO2
PIM1020
PIS107 NLPIO3
PIM1022
PIS108 NLPIO4
PIM1021
PIR901NLPIO5
PIM103
PIS106 NLPIO6
PIM104
PIS105 NLPIO7
PIM1031
PIR1501NLPIO8
PIM1032PIR1601
NLPIO9
PIM1033PIR1701
NLPIO10PIM1034
PIR1801NLPIO11
PIP101
PIU101
NLRB0
PIP102
PIU102
NLRB1
PIP103
PIU103
NLRB2
PIP104
PIU104
NLRB3
PIR101
PIU1011
NLRB5
PIR401
PIU1013
NLRB7
PIR501
PIU1014
NLRB8
PIM105
PIR1302
NLRESET
PIP502
PIU1022 NLRX0CMOS
PIP602
PIU1023 NLTX0CMOS
PIM1013
PIP601 NLUART0RX
PIM1014
PIP501 NLUART0TX
PI0103
PIC502
PIC1402
PIP701
PIU203
NLV12
PI0102
PI0104
PIC102PIC202
PIC302PIC402
PIC1102
PID101
PID201
PID301
PID401
PIM1011
PIP302
PIR202
PIR801
PIR1001
PIR1101
PIR1301
PIR1401
PIU1010
PIU1020
PIU1025
85
Apêndice E - Esquemático da placa final do módulo 2
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
DD
CC
BB
AA
Title
Num
berR
evisionSizeA
3
Date:
02/11/2012Sheet of
File:C:\U
sers\..\modulo2.SchD
ocD
rawn By:
PGED
1/AN
2/C2IN
B/D
PH/R
P0/PMD
0/CN
4/RB
01
PGEC
1/AN
3/C2IN
A/D
MH
/RP1/PM
D1/C
N5/R
B1
2
AN
4/C1IN
B/D
PLN/SD
A2/R
P2/PMD
2/CN
6/RB
23
AN
5/C1IN
A/D
MLN
/RTC
C/SC
L2/RP3/PM
WR
/CN
7/RB
34
VSS
24
OSCI/C
LKI/C
1IND
/PMC
S1/CN
30/RA2
6
OSC
O/C
LKO
/PMA
0/CN
29/RA3
7
SOSC
I/C2IN
D/R
P4/PMB
E/CN
1/RB
48
SOSC
O/SC
LKI/T1C
K/C
2INC
/PMA
1/CN
0/RA4
9
VD
D10
TMS/U
SBID/C
N27/R
B5
11V
BU
S12
TDI/R
P7/PMD
5/INT0/C
N23/R
B7
13
TCK
/USB
OEN
/SCL1/R
P8/PMD
4/CN
22/RB
814
TDO
/SDA
1/RP9/PM
D3/R
CV
/CN
21/RB
915
DISV
REG
16
VCA
P/VD
DC
OR
E17
PGED
2/D+/V
PIO/R
P10/CN
16/RB
1018
PGEC
2/D-/V
MIO
/RP11/C
N15/R
B11
19
VU
SB20
AN
11/C1IN
C/R
P13/PMR
D/R
EFO/SESSEN
D/C
N13/R
B13
21
AN
10/C3IN
B/C
VR
EF/VC
PCO
N/V
BU
SON
/RP14/C
N12/R
B14
22
AN
9/C3IN
A/V
BU
SCH
G/R
P15/VB
USST/C
N11/R
B15
23
VSS
5
VD
D25
MC
LR26
PGED
3/AN
0/C3IN
C/V
REF+/A
SDA
1/RP5/PM
D7/C
TED1/V
BU
SVLD
/VC
MPST1/C
N2/RA
027
PGEC
3/AN
1/C3IN
D/V
REF-/A
SCL1/R
P6/PMD
6/CTED
2/SESSVLD
/VC
MPST2/C
N3/RA
128
VSS
29
U1
PIC24FJ64G
B002-I/M
L
GN
DG
ND
22pF
C7
Cap
22pF
C6
Cap H
C49/U
12
X1
VD
D
GN
D
10K
R2
Res2
220
R3
Res2
0.1uF
C10
Cap
GN
D
10uF
C8
Cap Pol1
0.1uF
C9
Cap
GN
DG
ND
VD
D
GN
D
Any com
ponents associated with
the MC
LR pin should be placed
within 0.25 inch (6 m
m) of the pin.
The placement of this capacitor
should be close to VCA
P/VD
DC
OR
E. It is recom
mended that the trace
length not exceed 0.25 inch (6 mm
).
123456
P3ICSP
1 = VPP/M
CLR
2 = VD
D Target
3 = VSS (ground)
4 = ICSPD
AT/PG
D5 = IC
SPCLK
/PGC
6 = LVP
VD
D
GN
D
1234
P1Header 4
0.1uF
C1
Cap
0.1uF
C2
Cap
0.1uF
C3
Cap
VD
D
0.1uF
C11
Cap
GN
D
Decoupling caps - Bluetooth
VD
D
GN
D
GN
DG
ND
VD
D
GN
D
12345 6 7 8
S1SW-D
IP4
1K R13
Res3
1K R8
Res3
1K R10
Res3
1K R11
Res3
1K R14
Res3
VD
D
LY 5360-K
D4
220
R9
Res3
VD
D
220
R12
Res3
LS 5360-K
D5
GN
D
1234
P4Header 4
10K
R15
Res3
10K
R16
Res3
10K
R17
Res3
10K
R18
Res3
LY 5360-K
D1
220
R1
Res3
LY 5360-K
D2
220
R4
Res3
LY 5360-K
D3
220
R5
Res3
VD
D
12
P2Header 2
VD
D
GN
D
VB
US
1
D-
2
D+
3
GN
D4
J1787780-1
47k
R6
Res3
100k
R7
Res3
GN
D
GN
DG
ND
VC
C
0.1uF
C4
Cap
GN
D
GN
D
0.1uF
C5
Cap
GN
D
VC
C
VD
D
44
11
22
33
*1NX
1117C33Z
VD
D
RN
42
GN
D1
SPI_MO
SI2
PIO6
3
PIO7
4
RESET#
5
SPI_SCK
6
PCM
_CLK
7
PCM
_SYN
C8
PCM
_IN9
PCM
_OU
T10
VD
D11
GN
D12
UA
RT_R
X13
UA
RT_TX
14
UA
RT_R
TS15
UA
RT_C
TS16
USB
_D+
17
USB
_D-
18
PIO2
19
PIO3
20
PIO5
21
PIO4
22
SPI_CS#
23
SPI_MISO
24
GND28
GND29
AIO030
PIO831
PIO932
PIO1033
PIO1134
AIO135
M1
RN
42 Module
PIO5
PIO2
PIO5
PIO2
PIO4
PIO3
PIO6
PIO7
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11
PIO8
PIO9
PIO10
PIO11
RX
_CM
OS
TX_C
MO
S
TX_C
MO
SR
X_C
MO
S
PIO3
PIO4
RESET
RESET
PIO6
PIO7
AN
11
MC
LRM
CLR
PGD
PGC
RB
5
RB
7R
B8
PGD
PGC
RB
0R
B1
RB
2R
B3
RB
0R
B1
RB
2R
B3
RB
5
RB
7
RB
8
D+
D-
D-
D+
VB
US
MC
LR_IC
SP
OSCI
OSC
O
OSCI
OSC
O
MC
LR_IC
SP
VB
US
12
P5Header 2
12
P6Header 2
UA
RT_TX
UA
RT_R
X
UA
RT_TX
UA
RT_R
X
PI0101
PI0102
PI0103
PI0104
CO01
PIC101 PIC102COC1
PIC201 PIC202COC2
PIC301 PIC302COC3
PIC401 PIC402COC4
PIC501 PIC502COC5
PIC601 PIC602COC6
PIC701 PIC702COC7
PIC801PIC802
COC8
PIC901 PIC902COC9
PIC1001 PIC1002COC10
PIC1101 PIC1102COC11
PID101
PID102
COD1
PID201
PID202
COD2
PID301
PID302
COD3
PID401
PID402
COD4
PID501
PID502
COD5
PIJ101
PIJ102
PIJ103
PIJ104
PIJ105
PIJ106
COJ1
PIM101
PIM102
PIM103
PIM104
PIM105
PIM106
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1011
PIM1012
PIM1013
PIM1014
PIM1015
PIM1016
PIM1017
PIM1018
PIM1019
PIM1020
PIM1021
PIM1022
PIM1023
PIM1024
PIM1028PIM1029
PIM1030PIM1031
PIM1032PIM1033
PIM1034PIM1035
COM1
PIP101
PIP102
PIP103
PIP104 COP1
PIP201
PIP202
COP2
PIP301
PIP302
PIP303
PIP304
PIP305
PIP306 COP3
PIP401
PIP402
PIP403
PIP404 COP4
PIP501
PIP502
COP5
PIP601
PIP602
COP6
PIR101PIR102
COR1
PIR201 PIR202COR2
PIR301PIR302 COR3
PIR401PIR402
COR4
PIR501PIR502
COR5
PIR601PIR602
COR6
PIR701 PIR702COR7
PIR801PIR802
COR8
PIR901PIR902
COR9
PIR1001PIR1002
COR10
PIR1101PIR1102
COR11
PIR1201PIR1202
COR12
PIR1301PIR1302
COR13
PIR1401PIR1402
COR14
PIR1501PIR1502
COR15
PIR1601PIR1602
COR16
PIR1701PIR1702
COR17
PIR1801PIR1802
COR18
PIS101
PIS102
PIS103
PIS104
PIS105
PIS106
PIS107
PIS108
COS1
PIU101
PIU102
PIU103
PIU104
PIU105
PIU106
PIU107
PIU108
PIU109
PIU1010
PIU1011
PIU1012
PIU1013
PIU1014
PIU1015
PIU1016
PIU1017
PIU1018
PIU1019
PIU1020
PIU1021
PIU1022
PIU1023
PIU1024
PIU1025
PIU1026
PIU1027
PIU1028
PIU1029 COU1
PIX101
PIX102
COX1
PIU1021 NLAN11
PIJ103
PIU1018
NLD0 PIJ102
PIU1019
NLD0
PI0101
PIC101PIC201
PIC301PIC401
PIC501PIC601
PIC701
PIC802PIC901
PIC1001
PIC1101
PID502
PIJ104
PIJ105
PIJ106
PIM101
PIM1012
PIM1028PIM1029
PIP303
PIR701
PIU105
PIU1016
PIU1024
PIU1029
PIR301PIU1026
NLMCLR
PIP201
PIP301
PIR201PIR302
NLMCLR0ICSP
PIC801PIC902
PIU1017
PIC1002PIP202
PID102
PIR102PID202
PIR402PID302
PIR502
PID402
PIR902PID501
PIR1202
PIM102
PIM106
PIM107
PIM108
PIM109
PIM1010
PIM1015
PIM1016
PIM1017
PIM1018
PIM1023
PIM1024
PIM1030PIM1035
PIP306
PIP401
PIR1502
PIP402
PIR1602
PIP403
PIR1702PIP404
PIR1802
PIR802
PIS101
PIR1002
PIS102
PIR1102
PIS103
PIR1402
PIS104
PIU108
PIU109
PIU1015
PIC602
PIU106
PIX101
NLOSCI
PIC702
PIU107
PIX102NLOSCO
PIP305
PIU1028
NLPGCPIP304
PIU1027
NLPGD
PIM1019
PIR1201NLPIO2
PIM1020
PIS107 NLPIO3
PIM1022
PIS108 NLPIO4
PIM1021
PIR901NLPIO5
PIM103
PIS106 NLPIO6
PIM104
PIS105 NLPIO7
PIM1031
PIR1501NLPIO8
PIM1032PIR1601
NLPIO9
PIM1033PIR1701
NLPIO10PIM1034
PIR1801NLPIO11
PIP101
PIU101
NLRB0
PIP102
PIU102
NLRB1
PIP103
PIU103
NLRB2
PIP104
PIU104
NLRB3
PIR101
PIU1011
NLRB5
PIR401
PIU1013
NLRB7
PIR501
PIU1014
NLRB8
PIM105
PIR1302
NLRESET
PIP502
PIU1022 NLRX0CMOS
PIP602
PIU1023 NLTX0CMOS
PIM1013
PIP601 NLUART0RX
PIM1014
PIP501 NLUART0TX
PIR601
PIR702
PIU1012
NLVBUS
PI0103
PIC502
PIJ101
PIR602
PI0102
PI0104
PIC102PIC202
PIC302PIC402
PIC1102
PID101
PID201
PID301
PID401
PIM1011
PIP302
PIR202
PIR801
PIR1001
PIR1101
PIR1301
PIR1401
PIU1010
PIU1020
PIU1025
86
Apêndice F - Código fonte do protótipo final
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Bib l i o t e c a s−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
#inc lude <24FJ64GB002 . h>
#inc lude <s t r i n g . h>
#inc lude <math . h>
#inc lude <usb_cdc . h>
#inc lude <s td i o . h>
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Conf igurações do uC−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
#dev i ce ICD=TRUE
#dev i ce PASS_STRINGS = IN_RAM
#FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer
#FUSES NOJTAG //JTAG di sab l ed
#FUSES NOPROTECT //Code not protec t ed from read ing
#FUSES NOWRT //Program memory not wr i t e protec t ed
#FUSES NODEBUG //No Debug mode f o r ICD
#FUSES ICSP3 //ICD uses PGC3/PGD3 pins
#FUSES NOWINDIS //Watch Dog Timer in Window mode
#FUSES WPOSTS16 //Watch Dog Timer PostSca lar 1 :32768
#FUSES NOOSCIO //OSC2 i s c l o ck output
#FUSES PR //Primary O s c i l l a t o r
#FUSES PR_PLL //Primary O s c i l l a t o r with PLL
#FUSES PLL96MHZ
#FUSES PLLDIV5
#FUSES HS //High speed Osc (> 4mhz f o r PCM/PCH) (>10mhz f o r PCD)
#FUSES NOIOL1WAY //Allows mul t ip l e r e c o n f i g u r a t i o n s o f p e r i ph e r a l p ins
#FUSES NOWPCFG
#FUSES NOWPDIS
#use de lay ( c l o ck=32M)
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Declarações−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
#de f i n e LED1 PIN_B5 // Def ine mnemônicos para os p inos RB5,RB7 e RB8.
#de f i n e LED2 PIN_B7
#de f i n e LED3 PIN_B8
unsigned int32 value1 = 0 ; // Var i áve i s g l o b a i s .
float32 value = 0 ;
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Funções−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
void pisca_led1 ( void ) { // Função que p i s ca o LED azu l ind icando
output_low ( LED1 ) ; // o i n í c i o e o fim da comunicação USB.
delay_ms (500) ;
output_high ( LED1 ) ;
delay_ms (500) ;
}
void pisca_led2 ( void ) { // Função que p i s ca o LED branco indicando
87
output_low ( LED2 ) ; // o i n í c i o comunicação s e r i a l
delay_ms (500) ; // RS−232 ent r e o PIC24F e o Bluetooth .
output_high ( LED2 ) ;
delay_ms (500) ;
}
void pisca_led3 ( void ) { // Função que p i s c a LED vermelho indicando
output_low ( LED3 ) ; // o fim da comunicação s e r i a l RS−232
delay_ms (500) ; // ent re o PIC24F e o Bluetooth .
output_high ( LED3 ) ;
delay_ms (500) ;
}
void iuv_inteiro ( void ) { // Função que pega o va l o r i n t e i r o do í nd i c e UV
f l o a t frac ; // Declaração de va r i á v e l l o c a l
frac = value − floor ( value ) ; // Pega o va lo r f r a c i o n á r i o ca l cu l ado
i f ( frac>=0.5) // Se o va lo r f r a c i o n á r i o f o r maior ou i gua l a meio
value = ( in t ) floor ( value ) + 1 ; // e s c o l h e o IUV supe r i o r
e l s e // senão
value = ( in t ) floor ( value ) ; // e s c o l h e o IUV i n f e r i o r .
}
#use rs232 ( baud=9600 , pa r i t y=N, xmit=PIN_B15 , rcv=PIN_B14 , b i t s =8, stream=batata )
// TxD es tá no pino
// B15 e RxD es tá no
// pino B14
#inc lude <input . c> // B ib l i o t e c a importante que f o i a l t e r ada para o
// funcionamento co r r e t o do s i s tema .
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−++++++++++++++++++++−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+Programa Pr i n c i pa l+−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−++++++++++++++++++++−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
void main ( ) {
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Declarações−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
unsigned int32 i , min , max ;
float32 indice1 ;
char recebe [60 ]= "" ;
output_high ( LED1 ) ; // Apaga os LED ' s .
output_high ( LED2 ) ;
output_high ( LED3 ) ;
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−"Setando" Comunicação USB−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
usb_cdc_init ( ) ; // Sta r t CDC.
usb_init ( ) ; // Star t USB.
/∗−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−"Setando" Conversor A/D−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
setup_adc_ports ( sAN11 ) ; // AN11 e s tá na porta B13 .
setup_adc ( ADC_CLOCK_INTERNAL | ADC_TAD_MUL_8 ) ; // Clock Externo e Tempo de
set_adc_channel (11) ; // aqu i s i ç ã o de 1 .6 microse−
88
// gundos . Resolução r e a l de 11 b i t s
// e r e s o l u ção v i r t u a l de 65472 n í v e i s .
/∗−−−−−−−−−−−−−−−Cálculo do IUV f r a c i o n á r i o e i n t e i r o −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−∗/
pisca_led2 ( ) ; // I n í c i o da comunicação s e r i a l RS−232.
printf ( "Amostra : \n\ r " ) ; // Pr i n t f é uma função i n c l u s a na
// b i b l i o t e c a do RS−232.
do{ // Rotina que e s t ab e l e c e a conexão en−// t r e os do i s b luetooth ' s . O bluetooth
// envia o c a r a c t e r MED quando se
// e s t ab e l e c e a conexao .
get_string ( recebe , s i z e o f ( recebe ) ) ; // Pega s t r i n g "MED\ r " enviado pe lo BT.
// gets , f g e t s , getc , f g e t c não func iona .
// get_st r ing é a co r r e t a . A função
// get_st r ing f o i a l t e r ada na b ib l i o−// teca <input . c>.
usb_task ( ) ; // Testa USB
i f ( usb_enumerated ( ) ) { // Escreve no te rmina l .
printf ( usb_cdc_putc , "\ r \n%s" , recebe ) ;
delay_ms (250) ; // Delay embutido .
}
i f ( strcmp ( recebe , "D\ r " ) ) { // Compara o que e s tá no Buf f e r recebe
pisca_led1 ( ) ; // com a s t r i n g "D\ r " para saber se e l e
// já e sc reveu "MED\ r " , i e , se j á houve
// a conexão .
break ; // Sai do LOOP se sim .
}
} whi le ( TRUE ) ;
// Espera para e s t a b i l i z a r
// a conexão ent r e os do i s BT. Sem
// es sa rot ina , não func iona o s i s t e −// ma.
do { // Faz e s sa r o t i na i n f i n i t amen t e
min=65472;
max=0;
f o r ( i=0; i<=20; ++i ) { // Pega 20 amostras e os seus
// máximos e mínimos .
delay_ms (10) ; // Função de de lay embutida .
value = read_adc ( ) ; // Função para l e r CAD embutida ,
i f ( value<min ) // Rotina que pega os maiores
min=value ; // e os menores va l o r e s para ,
i f ( value>max ) // poster iormente , c a l c u l a r a
max=value ; // média .
}
indice1 = 2281 . 6 ; // Sensor t raba lha na f a i x a de
// 115 mV/IUV e o PIC24 nes te caso
// com Vref+ = 3 .3V e Vref−=0.
// ( Vref+ − Vref−)/Resolução =
89
// = 3 .3V/65472 = 50 ,40322580 e−6 V.
// IUV_1 = 115mV/50 ,40322580 e−6 V
// IUV_1 = 2281 ,6 , i s t o é , para cada
// IUV in t e i r o , se t e rá um passo de
// 2281 ,6 , fornecendo , assim , um
// IUV máximo de 28 ,7 , aproximadamente .
value1 = ( int32 ) ( max+min ) ; // Cálculo f o i d i v i d i do em t r ê s pa r t e s
value1 = ( int32 ) value1 /2 ; // para não sob r e ca r r e ga r o micro . É
value = ( float32 ) value1/indice1 ; // f e i t a a média a r i tmé t i c a e e s s e
// va l o r é d i v i d i do por seu IUV_1 .
usb_task ( ) ; // Testa USB
i f ( usb_enumerated ( ) ) { // Rotina de impressão da média do
pisca_led1 ( ) ; // va l o r do ADC no termina l v ia USB.
printf ( usb_cdc_putc , "ADC: %Lu \ r \n\ r \n" , value1 ) ;
delay_ms (250) ;
}
printf ( "%2.3 f \ r \n" , value ) ; // Envia v ia s e r i a l o IUV ca l cu l ado .
//Não pode t e r delay , se não perde o dado
get_string ( recebe , s i z e o f ( recebe ) ) ; // Pega s t r i n g r eceb ida no RxD.
i f ( usb_enumerated ( ) ) { // Rotina de impressão do dado no
pisca_led1 ( ) ; // te rmina l v ia USB.
printf ( usb_cdc_putc , "%s \ r \n\ r \n" , recebe ) ;
delay_ms (250) ;
}
iuv_inteiro ( ) ; // Chama função que c a l c u l a o IUV i n t e i r o .
printf ( "%2.1 f \ r \n" , value ) ; // Envia v ia s e r i a l o IUV i n t e i r o .
//Não pode t e r delay , se não perde o dado
get_string ( recebe , s i z e o f ( recebe ) ) ;
i f ( usb_enumerated ( ) ) { // Rotina de impressão do dado no
pisca_led1 ( ) ; // te rmina l v ia USB.
printf ( usb_cdc_putc , "%s \ r \n\ r \n" , recebe ) ;
delay_ms (250) ;
}
pisca_led3 ( ) ; // Fim da comunicação s e r i a l RS−232 para
// o Bluetooth e da comunicação USB.
} whi le ( TRUE ) ;
}
90
Apêndice G - Dados obtidos pelo site do INPE
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92
Figura 49: Dados obtidos pelo site do INPE.