dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças · comunicação sem fio, que a partir...
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UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
CAROLINE RODRIGUES MAFRA
DOUGLAS DA SILVA
Dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças
Trabalho de Conclusão de Curso. Prof. Valfredo Pilla Júnior Orientador
Curitiba, Novembro de 2010.
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UNIVERSIDADE POSITIVO Reitor: Prof. José Pio Martins Vice-Reitor e Pró-Reitor de Administração: Prof. Arno Antonio Gnoatto Pró-Reitor de Graduação: Prof. Renato Casagrande Diretor Acadêmico do Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas: Prof. Marcos José Tozzi Coordenador do Curso de Engenharia da Computação: Prof. Edson Pedro Ferlin
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Agradecimentos
Agradecemos ao nosso orientador Professor Valfredo Pilla Junior pela atenção dedicada a nós e ao nosso projeto, estando presente e disponível em todos os momentos em que necessitamos.
Aos nossos amigos e colegas de turma os quais pudemos dividir esse momento tão importante de nossas vidas, trocar experiências, auxiliar e ser auxiliados sempre que necessário.
Aos nossos familiares que souberam entender e apoiar nossas ausências em festas, aniversários, datas especiais e até mesmo no dia-a-dia. Que mesmo de longe torceram por nosso projeto e nos apoiaram com o carinho e o afeto que tanto precisávamos nesse momento.
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SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ..................................................... VII
LISTA DE FIGURAS .................................................................................. VIII
LISTA DE TABELAS ................................................................................... IX
RESUMO ...................................................................................................... X
ABSTRACT ................................................................................................. XI
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................... 1
2. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ....................................................... 3
2.1 Características do Projeto ...................................................................................................... 3
2.1.1 Requisitos ............................................................................................................................ 4
2.2 Arquitetura .............................................................................................................................. 4
2.3 Testes de validação do sistema ............................................................................................... 7
2.4 Planejamento do projeto ......................................................................................................... 8
3. PROJETO ............................................................................................ 9
3.1 Projeto do Hardware ............................................................................................................... 9
3.2 Projeto do Firmware ............................................................................................................. 17
4. RESULTADOS .................................................................................. 19
4.1 Módulo Xbee .......................................................................................................................... 19
4.2 Módulo de GPS ...................................................................................................................... 20
4.3 Módulo de GSM/GPRS ......................................................................................................... 20
4.4 Matriz ..................................................................................................................................... 21
4.5 Filial ........................................................................................................................................ 22
5. CONCLUSÕES .................................................................................. 25
REFERÊNCIAS........................................................................................... 27
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APÊNDICE A – RESUMO EXTENDIDO FORMATO EPIC ........................ 29
APÊNDICE B – ARTIGO CIENTÍFICO ....................................................... 31
APÊNDICE C – MANUAL DO USUÁRIO ................................................... 45
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
GPS Global Positioning System
GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile Communications
RF Rádio Freqüência
m Metros
V Volts
NMEA National Marine Eletronics Association Hz Hertz
RC Resistor Capacitor
LED Light Emitting Diode
AmpOp Amplificador Operacional
AT Comando de Modem
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LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Representação gráfica do funcionamento do dispositivo .......................................................... 3 Figura 2.2: Diagrama em blocos do sistema ............................................................................................... 5 Figura 2.3: Fluxograma do firmware da matriz .......................................................................................... 6 Figura 2.4: Fluxograma do firmware da filial ............................................................................................. 7 Figura 2.5: Cronograma do projeto ............................................................................................................. 8 Figura 3.1: Diagrama esquemático do módulo do Microcontrolador ......................................................... 9 Figura 3.2 - Diagrama esquemático módulo de comunicação................................................................... 10 Figura 3.3 – Pinagem do módulo de GPS .................................................................................................. 11 Figura 3.4 – Pinagem do módulo GPRS .................................................................................................... 13 Figura 3.5 – Esquemático completo do módulo GPRS ............................................................................. 14 Figura 3.6 – Esquemático completo do módulo matriz .............................................................................. 15 Figura 3.7 – Esquemático completo do módulo filial ................................................................................ 16 Figura 4.1 – Formato Linha GPS .............................................................................................................. 20 Figura 4.2 – Modelo da mensagem enviada .............................................................................................. 20 Figura 4.3 – Placa Módulo GSM/GPRS .................................................................................................... 21 Figura 4.4 – Placa Módulo Matriz ............................................................................................................. 22 Figura 4.5 – Placa Módulo Filial .............................................................................................................. 23 Figura 4.6 – Placa Módulo Filial integrada com GPRS ............................................................................ 24 Figura 4.7 – Protótipos Matriz e Filial ...................................................................................................... 24
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – Número de desaparecimentos registrados e casos resolvidos ano a ano no Paraná .............. 1 Tabela 3.1 – Legenda de sinais do Microcontrolador ................................................................................ 10 Tabela 3.2 – Legenda de sinais da comunicação ....................................................................................... 11 Tabela 3.3 – Legenda de sinais do módulo GPS ........................................................................................ 11 Tabela 3.4 – Legenda do formato da Mensagem com a coordenada ......................................................... 12 Tabela 3.5 – Legenda de sinais do módulo GPRS ...................................................................................... 13 Tabela 4.1 – Resultado tensão x distância ................................................................................................. 19
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RESUMO
A principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho originou-se no grande número de notícias sobre crianças desaparecidas que encontramos diariamente nos meios de comunicação.
Este trabalho trata-se de um dispositivo sem fio para evitar o desaparecimento de crianças. O aparelho é composto por duas partes, uma matriz e uma filial, em que o pai pode ser alertado com alarme sonoro e luminoso quando seu filho se afasta e, em caso de desaparecimento, o dispositivo passa a enviar mensagens ao celular do pai informando a localização. Isso é possível graças às tecnologias GPS e GPRS que nos permitem obter localizações e enviar mensagens em tempo real para a rede de celulares.
Palavras-Chave: sistema de localização individual, GPS, GPRS, rede de celulares.
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ABSTRACT
The main motivation for developing this work was originated from the large number of reports on missing children who is found daily in the media.
This work is a wireless device to prevent children disappearance. The instrument consists of two parts, a matrix and a subsidiary where the parent can be alerted with an audible alarm and bright when your child moves away, and in case of loss, the device starts to mobile messages to inform its location send messages. This is possible thanks to GPS and GPRS technologies that allow us to obtain locations and send messages in real time to the mobile network.
Keywords: Individual location system, Global Positioning System, General Packet Radio Service, mobile network.
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1. INTRODUÇÃO
Todas as vezes que vamos ler ou assistir jornais nos deparamos com notícias sobre desaparecimento de pessoas, em especial de crianças. Crianças podem ser seqüestradas pela internet, em supermercados, em praças, nas praias, em shoppings centers, em grandes festas e eventos, na saída das escolas, ou podem até mesmo fugir de casa e desaparecer definitivamente em um piscar de olhos. Atualmente a literatura e os sites abordam com prioridade a questão de segurança infantil e da responsabilidade dos pais. Segundo informações da Secretaria Especial dos Direitos Humanos, (Secretaria especial dos direitos humanos – Mar.2010) no Brasil não existem dados oficiais do número de crianças e adolescentes desaparecidos, porém dos casos registrados, em torno de 15% ficam sem solução por longo período de tempo ou até mesmo permanentemente. Na tabela 1.1 têm-se dados de números de desaparecimentos registrados e casos resolvidos ano a ano no Paraná (SICRIDE – Março2010) Com a tecnologia avançando, rapidamente problemas como esses começam a ser questionados e soluções começam a ser pesquisadas.
Com a atual tecnologia do GPS e das redes sem fio, é possível criar dispositivos para determinar a localização de coisas e pessoas, como é o caso dos famosos rastreadores de carros, facilitando as buscas em casos de roubos ou seqüestros. Um dispositivo com o mesmo princípio dos rastreadores de automóveis (Jornal A Cidade – Abr.2010) poderia amenizar o número de crianças desaparecidas e até mesmo melhorar a estatística de casos não solucionados, diminuindo assim a aflição dos pais.
Com o objetivo de auxiliar os pais a não perderem seus filhos e em caso de perda encontra-los com facilidade, o dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças mescla as tecnologias de comunicação sem fio, GPS (Global Positioning System) e GPRS (General Packet Radio Service) para que em caso de desaparecimento os pais recebam pelos seus celulares mensagens com a localização de seus filhos auxiliando nas buscas, além disso, alarmes sonoros alertam os pais sobre o afastamento de seus filhos em locais públicos ajudando a evitar esse desaparecimento.
Tabela 1.1 – Número de desaparecimentos registrados e casos resolvidos ano a ano no Paraná
Palavras-chave: sistema de localização individual, redes sem fio, GPS.
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2. ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
O presente sistema é utilizado como um dispositivo de segurança pessoal, onde é possível evitar o desaparecimento de crianças. O dispositivo possui duas partes com comunicação sem fio. Uma delas fica com o pai ou responsável pela criança e a outra com a própria criança. As duas partes trocam informações através de um módulo de comunicação sem fio, que a partir da força do sinal identifica a distância entre as partes. Quando o módulo identifica que a criança saiu da distancia 1 de segurança, definida como 3 m, um alarme sonoro avisa seu pai do afastamento, caso a criança venha a sair da distância 2 de segurança, definida como 7 m, e esteja em um local aberto, o sistema passa a enviar mensagens no celular do pai avisando do desaparecimento e a localização de seu filho. Na figura 2.1 pode-se verificar a representação gráfica do funcionamento do dispositivo.
O dispositivo auxilia em buscas de crianças desaparecidas informando a localização delas e evita que as distrações do cotidiano façam com que mais crianças venham a desaparecer, chamando a atenção dos pais com alarmes sonoros.
Figura 2.1: Representação gráfica do funcionamento do dispositivo
2.1 Características do Projeto
a) Distância de acionamento do alarme sonoro: entre 5 m e 7 m
b) Distância de corte de sinal: ±15 m
c) Distância máxima de captura de sinal: 90 m
d) Alimentação Matriz : bateria de 9 V
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e) Alimentação Filial: bateria de 9 V e 3,6 V
f) Com GPS
g) Com GPRS
h) Alarme Luminoso e Sonoro
2.1.1 Requisitos
Para que o sistema envie a localização da criança é necessário estar em ambiente aberto.
Alimentação com bateria externa de 9V.
É necessário que o chip do módulo filial possua créditos ou conta em dia para envio das mensagens.
2.2 Arquitetura Conforme figura 2.2, o hardware é composto por um módulo de controle localizado
na parte matriz do dispositivo, o qual enviará constantemente sinais para a filial e analisa os sinais recebidos pelo módulo de comunicação sem fio, definindo após essa análise o momento de acionar ou não o LED (Light Emitting Diode) e o alarme sonoro.
Na outra parte, a filial, está outro módulo de comunicação sem fio que se comunicará com a matriz. Na filial também existe um módulo de controle que ao receber um determinado sinal da matriz aciona seus módulos GPS (Global Positioning System) e GPRS (General Packet Radio Service). O Módulo GPRS é o responsável por enviar a localização da criança desaparecida ao celular de seus pais.
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Figura 2.2: Diagrama em blocos do sistema
Nas figuras 2.3 e 2.4 podem ser verificados os firmwares da matriz e da filial respectivamente. A matriz envia um sinal ao módulo de comunicação sem fio da filial, recebe uma resposta do mesmo e verifica pela força do sinal qual a distância que existe entre as partes. Caso a distância seja maior que a distância 1 de segurança, o alarme sonoro e o luminoso são acionados. Em seguida, é verificado se a distância é maior do que a distância 2 de segurança, caso a resposta seja afirmativa é enviado um sinal de alerta para a filial. Caso o sinal não seja maior que a distância 1 ou 2 de segurança, a comunicação volta a ocorrer e a distância é recalculada.
A filial recebe um sinal da matriz e o analisa. Se o sinal for um sinal de alerta ou o sinal deixar de existir, o módulo GPS é acionado para verificar as coordenadas em que se encontra. Em seguida, o módulo GPRS envia essas informações para o celular dos pais. Caso o sinal não seja de alerta e ele exista, o sistema simplesmente responde para que a matriz calcule a distância em que se encontra.
FILIAL
Módulo de Controle GPS
GPRS
Rede Celular
Módulo de comunicação sem fio
MATRIZ
Módulo de Controle
Alarme Luminoso (LED)
Alarme Sonoro
Módulo de comunicação sem fio
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Figura 2.3: Fluxograma do firmware da matriz
Distância > 7m?
Início
Envia sinal ao módulo de comunicação sem fio da filial
Recebe resposta de sinal da filial
Verifica força do sinal
Distância > 3m?
Aciona alarme sonoro e luminoso
Envia sinal de alerta p/filial
SIM NÃO
SIM NÃO
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Figura 2.4: Fluxograma do firmware da filial
2.3 Testes de validação do sistema Abaixo estão descritas as validações para o módulo de comunicação sem fio:
1) Validar comunicação entre matriz e filial.
2) Validar força do sinal recebido.
3) Verificar se microprocessador reconhece distâncias de segurança.
4) Validar funcionamento do alarme sonoro e luminoso.
Em seguida, validações para módulos GPS e GPRS:
5) Verificar se microprocessador da filial reconhece sinal de alerta ou ausência de sinal.
6) Validar acionamento de módulo GPS, bem como as coordenadas encontradas por ele.
7) Validar se existe sinal na rede celular disponível.
8) Validar envio e recebimento de mensagens.
Ao final de cada teste todos os módulos responderam com sucesso as suas devidas
Início
Recebe sinal da matriz
Sinal de alerta OU sem sinal?
Aciona módulo GPS
Envia informações para GPRS
Envia sinal ao Módulo de comunicação
SIM NÃO
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funcionalidades, demonstrando a viabilidade do projeto.
2.4 Planejamento do projeto A figura 2.5 demonstra o cronograma geral do projeto, com duração e datas
previstas de início e fim de cada etapa. Todas as etapas foram cumpridas com êxito.
Figura 2.5: Cronograma do projeto
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3. PROJETO Neste capítulo são descritos os módulos do projeto, bem como seus diagramas
esquemáticos, fluxogramas e legenda de sinais.
3.1 Projeto do Hardware
Para o projeto de hardware têm-se os seguintes módulos:
- Microcontrolador;
- Módulo de comunicação sem fio;
-Módulo GPS;
- Módulo GPRS.
3.1.1. Módulo do Microcontrolador
Na figura 3.1 pode ser observado o diagrama esquemático do módulo do microcontrolador 8051(NICOLOSI, D.E.C. Microcontrolador 8051 detalhado – São Paulo 2001), modelo AT89S52(ATMEL Products), onde foram utilizados os pinos de comunicação serial, RXD e TXD (10 e 11 respectivamente), pinos da Port P2(P2.0 e P2.1), para controle do multiplexador que selecionará o módulo o qual se comunicará com o microcontrolador e os pinos para acionamento dos módulos GPS e GPRS (Port P2.2). Na tabela 3.1 pode-se verificar a legenda dos sinais do módulo em questão.
Figura 3.1: Diagrama esquemático do módulo do Microcontrolador
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Legenda Pinagem Sinal
VCC 40 Alimentação
RESET 9 Reset
RXD 10 Recepção de Sinal
TXD 11 Transmissão de Sinal
P1.2 3 Aciona Alarme Luminoso
P1.3 4 Aciona Alarme Sonoro
P2.0 21 Chaveamento MUX/DMUX
P2.1 22 Chaveamento MUX/DMUX
P2.2 23 Acionamento MUX/DMUX
Tabela 3.1 – Legenda de sinais do Microcontrolador
3.1.2. Módulo de Comunicação
O módulo de comunicação utilizado foi o XBee da MaxStream, série 1(VIKA CONTROLS COM. DE INSTR. E SIST. LTDA – Março 2010). Para a comunicação foi utilizado os pinos de RX e TX (2 e 3) acoplados nos pinos RX e TX (26 e 25) do 8051. Este módulo é alimentado com 3,3 volts. Na figura 3.2, tem-se o diagrama de esquemático deste (mesma referência anterior), seguida da tabela 3.2 descrevendo as legendas dos sinais deste módulo.
Figura 3.2 - Diagrama esquemático módulo de comunicação
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Legenda Pinagem Sinal
Vcc 1 Tensão de alimentação
O-XBT 2 Recepção de sinal
IXBR 3 Transmissão de sinal
PWMO/RSSI 6 Indicador de força de sinal
GND 10 Terra
Tabela 3.2 – Legenda de sinais da comunicação
3.1.3. Módulo de GPS
O módulo GPS utilizado foi o ME-1000 RW (TRILHA21: SOLUÇÕES E
PRODUTOS DE ALTA TECNOLOGIA), que possui 65 canais com módulo de antena embutido. Utiliza padrão de comunicação serial RS232 e envia as informações no padrão NMEA 0183 (National Marine Eletronics Association) (NMEA SENTENCE INFORMATION – Abril 2010) a cada 1 segundo (1 Hz). Na figura 3.3 pode-se observar a pinagem do módulo (TRILHA21: SOLUÇÕES E PRODUTOS DE ALTA TECNOLOGIA – Março 2010) e na tabela 3.3 tem-se a legenda de sinais do GPS.
Figura 3.3 – Pinagem do módulo de GPS
Legenda Pino Sinal
TXD0 3 Transmissão de dados
RXD0 4 Recepção de dados
Vin 5 Alimentação
GND 6 Terra
Tabela 3.3 – Legenda de sinais do módulo GPS
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O módulo GPS é acionado pelo microcontrolador da Filial, em seguida o GPS começará a receber os sinais do satélite e calcular a coordenada em que se encontra. Através do protocolo de comunicação NMEA 0183, o GPS envia mensagens com informações gerais para o microcontrolador, o qual identifica o campo referente a coordenada e envia para o GPRS. Na tabela 3.4 encontra-se a legenda do formato da mensagem com a coordenada enviada pelo GPS ao microcontrolador.
Nome Exemplo Descrição
Latitude 4250.5589 Latitude no formato ddmm.mmmm
N/S indicator S Hemisfério: N - Norte
S - Sul
Longitude 14718.5084 Longitude no formato ddmm.mmmm
E/W Indicator E Hemisfério: E – Leste
W - Oeste
UTC Time 092204.999 Tempo no formato hhmmss.sss
Status A A - Dado Válido N – Dado Inválido
Mode Indicator A ‘N’ = Dado Inválido ‘A’ = Modo Autônomo ‘D’ = Modo Diferencial ‘E’ = Modo Estimativo ‘M’ = Modo de inserção manual ‘S’ = Modo Simulador
Checksum 2D Verificação da chegada dos dados
Tabela 3.4 – Legenda do formato da Mensagem com a coordenada
3.1.4. Módulo GSM/GPRS O módulo GSM/GPRS utilizado é o SIM340DZ, ele envia as coordenadas que
foram recebidas pelo módulo GPS e selecionadas pelo microcontrolador para a rede celular. A comunicação entre o módulo e o microcontrolador é feita utilizando o protocolo UART TTL. Na figura 3.4 é apresentada a pinagem do módulo e na tabela 3.5 a descrição dos pinos utilizados. Já a figura 3.5 demonstra o esquemático completo da placa do módulo GSM/GPRS.
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Figura 3.4 – Pinagem do módulo GPRS
Legenda Pinagem Sinal
GND 17, 30, 31, 35, 36, 37 e 48 Terra
TXD 2 Transmissão de dados
RXD 1 Recepção de dados
RI 11 (Ring Interruption) interrupção quando recebe ligação
PWRKEY 12 Ligar/Desligar o módulo
RF_ANTENNA 33 Pino da antena
RF_GND 32 e 34 Pinos GND da antena
Tabela 3.5 – Legenda de sinais do módulo GPRS
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Figura 3.5 – Esquemático completo do módulo GPRS
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3.1.5. Integração dos Módulos Nas figuras 3.6 e 3.7 podem-se observar os esquemáticos completos do módulo da
Matriz e da Filial respectivamente.
Figura 3.6 – Esquemático completo do módulo matriz
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Figura 3.7 – Esquemático completo do módulo filial
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3.2 Projeto do Firmware
O firmware foi desenvolvido em linguagem Assembly, com o apoio do ambiente Rigel Reads51 versão 4.52, para ambas as partes (matriz e filial). O microcontrolador através do Xbee da matriz e envia um sinal ao módulo de comunicação XBee da filial, recebe uma resposta do mesmo e verifica, pela força do sinal lida no pino 6 do Xbee, qual a distância que existe entre as partes. Caso a distância seja maior que a distância 1 de segurança, o alarme sonoro e o luminoso são acionados. Em seguida, é verificado se a distância é maior do que a distância 2 de segurança, caso a resposta seja afirmativa, o módulo GPS juntamente com o módulo GPRS serão acionados pelo microcontrolador da filial. Caso a distância calculada não seja maior que a distância 1 ou 2 de segurança, a comunicação volta a ocorrer e a distância é recalculada.
O microcontrolador da filial recebe um sinal da matriz e analisa, se o sinal estiver muito fraco ou deixar de existir, o módulo GPS é acionado para verificar as coordenadas em que se encontra. Em seguida, o módulo GPRS envia essas informações para o celular dos pais. Caso o sinal esteja dentro da distância 1 e distância 2 de segurança, o sistema simplesmente responde para que a matriz calcule a distância em que se encontra.
Os fluxogramas do funcionamento do firmware podem ser observados na seção 2.2 deste documento.
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4. RESULTADOS
4.1 Módulo Xbee Após montados os módulos xbee na matriz e na filial foram realizadas
medições de tensão e distância com auxílio de uma trena e multímetro para definição das tensões x distâncias a fim de configurar as distâncias de segurança. Os resultados obtidos podem ser verificados na Tabela 4.1.
Distância (m) Tensão (v)
1 2,2
2 2,16
3 2,05
4 1,74
5 1,53
6 1,45
7 1,42
8 1,39
9 1,3
10 1,15
Tabela 4.1 – Resultado tensão x distância
O módulo Xbee possui um pino de força de sinal (PWMO/RSSI), esse sinal passa por um filtro passa-baixa passivo (RC), em seguida pelo detector de nível que compara com a tensão configurada como tensão da distância de segurança, caso a tensão recebida seja maior ou igual que a tensão configurada envia para o buffer nível lógico alto, caso contrário envia nível lógico baixo. O microcontrolador verifica no buffer o nível lógico guardado, caso seja nível lógico alto acende o LED verde da matriz indicando sinal forte o que significa que a filial esta dentro da distância de segurança, caso o nível lógico seja baixo acende o LED amarelo da matriz e liga o buzzer para alerta de distância. Caso não receba nenhum sinal é acionado o LED vermelho da matriz que indica a perda do sinal e um sinal de alerta é enviado ao microcontrolador da filial para acionar os módulos de GPS e GPRS.
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4.2 Módulo de GPS Na filial, juntamente com o módulo Xbee foi inserido o módulo GPS ME-1000
RW (Referência em 3.1.3). O GPS nos traz diversas informações como latitude e longitude no formato graus minutos decimais, horário, indicador de qualidade, número de satélites usados, etc. Entre as diversas linhas de informações, para o projeto, foi necessário selecionar a linha com as indicações de longitude e latitude para serem enviadas ao microprocessador e posteriormente ao GPRS.
A linha utilizada no projeto chama-se GGA – Global positioning system fix data e dentre as diversas informações traz as informações de hora, posição, indicador da qualidade da conexão e altitude, necessárias para o projeto.
O fomato da linha pode ser verificado na figura 4.1 abaixo:
Figura 4.1 – Formato Linha GPS
Para que as coordenadas enviadas ao GPRS sejam reconhecidas no Google Maps (http://maps.google.com.br), a coordenada no formato Graus- minutos decimais deve ser convertida para o formato Graus decimais. Para realizar essa conversão basta dividir os minutos decimais por 60 e somar aos graus.
4.3 Módulo de GSM/GPRS O módulo de GPRS utilizado possui diversas funções, porém para o presente
projeto foi utilizada apenas a função GSM para envio de mensagens na rede de celulares. O exemplo do formato da mensagem pode ser verificado na Figura 4.2
O microprocessador envia comandos AT (Comando de Modem) para o GPRS que os entende e os executa. Logo que inicializado é enviado um comando de identificação de chamada para o GPRS. Quando o módulo recebe uma ligação a linha é lida, o número que está chamando é gravado e a ligação derrubada. Em seguida, envia uma mensagem pré-programada, com as informações repassadas pelo módulo de GPS, para o número do qual recebeu a chamada anteriormente. Caso verifique que o GPS está sem sinal envia uma mensagem de “GPS Indisponível” para o celular que o chamou. A
placa pronta do módulo pode ser verificada na Figura 4.3.
Figura 4.2 – Modelo da mensagem enviada
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Figura 4.3 – Placa Módulo GSM/GPRS
4.4 Matriz A matriz é composta por um módulo Xbee, um filtro RC passa baixa para
estabilizar o sinal, um AmpOp utilizado como comparador de nível para comparar com as tensões medidas e configuradas, um buffer para armazenar o nível lógico e um microcontrolador 8051 programado para desempenhar as mais diversas tarefas, entre elas ler o buffer e definir qual LED acender, bem como enviar sinal de alerta para a filial em caso de perda de sinal. A imagem da placa pronta pode ser verificada na Figura 4.4.
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Figura 4.4 – Placa Módulo Matriz
4.5 Filial O módulo da Filial é composto por um módulo Xbee, um módulo GPS, um módulo
GPRS, um microcontrolador 8051 e um MUX/DMUX 4052 para permitir a conversa entre o microcontrolador e os diversos módulos que compõe a filial.
De 3 em 3 segundos a filial verifica o sinal e quanto tempo está sem receber sinal da matriz. Quando recebe um sinal verifica se é um sinal “A” ou “G”, se for “A”
significa que está dentro da distância de segurança, caso receba “G” significa alerta e os
módulos devem ser acionados. Após 5 tentativas sem sinal o LED vermelho é acionado e em seguida os módulos de GPS e GPRS são ligados.O microprocessador é programado para enviar os comandos nos devidos tempos ao GPS e ao GPRS fazendo a perfeita sincronia do sistema.
A imagem da placa pronta pode ser verificada na Figura 4.5 e na figura 4.6 pode ser verificado a placa da Filial integrada com a placa de GPRS completando a Filial como um todo.
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Figura 4.5 – Placa Módulo Filial
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Figura 4.6 – Placa Módulo Filial integrada com GPRS
A seguir, na figura 4.7, tem-se a imagem dos protótipos finalizados em suas respectivas patolas.
Figura 4.7 – Protótipos Matriz e Filial
Os protótipos possuem tamanhos elevados para serem comercializados, porém foi verificado e industrialmente já é possível que seja reduzido e transformado até mesmo em uma pequena pulseira.
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5. CONCLUSÕES O sistema funcionou de acordo com a especificação. A matriz envia sinal de 3 em 3
segundos e a filial verifica o recebimento dentro deste mesmo intervalo de tempo, realizando cinco tentativas em caso de perda de sinal. Caso a perda de sinal seja constatada após as tentativas a filial aciona os módulos de GPS e GPRS/GSM ficando disponível para receber chamadas. Após receber chamada do usuário a filial responde com mensagem indicando a coordenada, já em formato reconhecido pelo Google Maps, de sua localização. A distância de segurança pode ter oscilação dependendo do local devido à interferência de objetos no sinal, podendo fazer com que a distância seja maior ou menor do que a prevista, mas sempre muito próxima.
O módulo filial pode ficar fora da área ou demorar a enviar retorno dependendo da disponibilidade da operadora que oferece o serviço ao chip localizado no módulo. Lembrando que a operadora pode ser escolhida pelo usuário e é necessário ter créditos ou estar com a conta em dia para o perfeito funcionamento do sistema.
A duração da bateria varia de acordo com o módulo, em torno de 4 horas e meia para a matriz e 2 horas e meia para a filial, pois essa possui os módulos de GPS e GPRS que consomem um pouco mais de energia.
Este sistema possui grande abrangência para funcionalidades e diversos públicos alvo, podendo para o futuro ser utilizado não só para crianças, mas também como item de segurança pessoal ou em casos de recém nascidos em maternidades.
Como trabalhos futuros no dispositivo têm se a possibilidade de aumentar o número de filiais, já que muitas famílias possuem mais de um filho e o módulo xbee possui uma boa abrangência para essa ampliação. Ou ainda a implementação de mensagens em formato MMS com a imagem do mapa da localização, ao invés da coordenada, facilitando a visualização dos pais e a rapidez na localização.
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REFERÊNCIAS
ATMEL Products. Datasheet microprocessador AT89S52. Disponível em http://www.atmel.com/dyn/general/tech_doc.asp?keyword=at89s&DocTypeList=Application+Note%2CDatasheet%2CUser+Guide%2CSoftware%2CArticle%2CWhite+Paper%2CFlyer%2CBrochure> Acesso em Mar.2010
GISLASON, D.(2008). “Zigbee Wireless Networking”, Newnes, 2008, 425 p.
GLENN BADDELEY – GPS – NMEA SENTENCE INFORMATION. Disponível em <http://home.mira.net/~gnb/gps/nmea.html > Acesso em: Abr 2010
GOOGLE MAPS – Disponível em < http://maps.google.com.br > Acesso em Abr 2010
JORNAL A CIDADE. De Olho nos rastreadores de veículos. Disponível em http://www.jornalacidade.com.br/editorias/rodas-e-cia/2009/11/06/de-olho-nos-rastreadores-de-veiculos.html > Acesso em: Abr 2010
NICOLOSI, D. E. C.Microcontrolador 8051 detalhado. 2 ed. São Paulo: Érica, 2001.
SECRETARIA ESPECIAL DE DIREITOS HUMANOS. Estatísticas de pessoas desaparecidas no Brasil. Disponível em: <http://www.desaparecidos.mj.gov.br/>Acesso em: Mar. 2010.
SICRIDE – SERVIÇO DE INVESTIGAÇÃO DE CRIANÇAS DESAPARECIDAS. Números de desaparecimentos registrados e casos resolvidos ano a ano. Disponível em: <http://www.sicride.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=4> Acesso em Mar 2010.
SIMCom. SIM3XXDZ Hardware Design. Version 2.07. November 2008
TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.Sistemas digitais: princípios e aplicações. 8 ed. São Paulo:Prentice Hall, 2003.
TRILHA21: SOLUÇÕES E PRODUTOS DE ALTA TECNOLOGIA. Datasheet módulo GPS ME-1000RW. Disponível em: <http://res.trilha21.com/001000608/files/ ME-1000RW.pdf > Acesso em: Mar 2010.
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VIKA CONTROLS COM. DE INSTR. E SIST. LTDA. Datasheet XBEE® Multipoint RF Modules. Disponível em: <http://www.vikacontrols.com.br/catalogos_pdf/ ds_xbeemultipointmodules.pdf> Acesso em: Mar 2010.
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APÊNDICE A – RESUMO EXTENDIDO FORMATO EPIC
Dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças
Caroline Rodrigues Mafra – [email protected]
Graduando em Engenharia da Computação, Universidade Positivo – Rua Professor Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300 – Campo Comprido – Curitiba – PR – CEP 81280-33
Douglas da Silva – [email protected]
Graduando em Engenharia da Computação, Universidade Positivo
Valfredo Pilla Jr – [email protected]
Professor do Curso de Engenharia da Computação, Universidade Positivo
Resumo: As tantas notícias de desaparecimento de crianças, as estatísticas e os vários relatos de pais sobre o desespero que é perder seus filhos, mesmo que seja por alguns segundos, foi o que motivou o desenvolvimento deste trabalho. O sistema desenvolvido trata-se de um dispositivo sem fio para evitar o desaparecimento de crianças. O aparelho é composto por duas partes, uma matriz (pais) e uma filial (filho), em que o pai é alertado com alarme sonoro e luminoso quando seu filho se afasta e, em caso de desaparecimento ou afastamento maior, o dispositivo passa a enviar mensagens ao celular do pai informando a localização, se a filial encontrar-se em local aberto, pois como sabemos o GPS (Global Positioning System) apenas consegue obter informações de localizações em ambientes abertos, sendo essa uma premissa de funcionamento. Tudo isso é possível graças às tecnologias GPS e GPRS (General Packet Radio Service) que nos permitem obter localizações e enviar mensagens em tempo real para a rede de celulares. Inicialmente a matriz troca informações com a filial para verificar se a mesma encontra-se perto, dentro da distância de 3 m estipulada como distância mínima de segurança. Caso ocorra a perda de sinal por determinado tempo ou a distância ultrapasse a distância máxima de segurança, a filial aciona o GPS, o qual verifica as coordenadas em que se encontra. As informações geradas pelo GPS foram analisadas e convertidas para um formato que o Google Maps compreenda e possa passar o endereço exato que a filial se encontra. Para receber as informações basta o pai ou responsável telefonar para o numero do chip instalado na filial, como se fosse o celular da criança, que a mesma reconhecerá o número de chamada recebida e responderá com uma mensagem de texto com as informações de localização.
Palavras-chave: dispositivo sem fio, GPS, GPRS
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APÊNDICE B – ARTIGO CIENTÍFICO
Dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças Caroline Rodrigues Mafra – [email protected] Graduando em Engenharia da Computação na Universidade Positivo Tel.: (+55) 41 9940-4678 Douglas da Silva – [email protected] Graduando em Engenharia da Computação na Universidade Positivo Tel.: (+55) 41 9950-2230 Valfredo Pilla Júnior – [email protected] Professor do curso de Engenharia da Computação na Universidade Positivo Endereço para contato: Universidade Positivo, Curso de Engenharia da Computação Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300 – Campo Comprido 81280-330, Curitiba – PR Tel.: (+55) 41 3317-3270
Resumo: A principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho originou-se no grande número de notícias sobre crianças desaparecidas que encontramos diariamente nos meios de comunicação.
Este trabalho trata-se de um dispositivo sem fio para evitar o desaparecimento de crianças. O aparelho é composto por duas partes, uma matriz e uma filial, em que o pai pode ser alertado com alarme sonoro e luminoso quando seu filho se afasta e, em caso de desaparecimento, o dispositivo passa a enviar mensagens ao celular do pai informando a localização. Isso é possível graças às tecnologias GPS e GPRS que nos permitem obter localizações e enviar mensagens em tempo real para a rede de celulares.
Palavras-Chave: sistema de localização individual, GPS, GPRS, rede de celulares.
Abstract: The main motivation for developing this work originated in the large number of reports on missing children who meet daily in the media.
This work comes from a wireless device to prevent the disappearance of children. The instrument consists of two parts, a matrix and a subsidiary where the parent can be alerted with an audible alarm and bright when your child moves away, and in case of loss, the device starts to send messages to inform the parent cell location. This is possible thanks to GPS and GPRS technologies that allow us to obtain locations and send messages in real time to the cellular network.
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Keywords: Individual location system, GPS, GPRS cellular network.
1 INTRODUÇÃO
Todas as vezes que vamos ler ou assistir jornais nos deparamos com notícias sobre desaparecimento de pessoas, em especial de crianças. Crianças podem ser seqüestradas pela internet, em supermercados, em praças, nas praias, em shoppings centers, em grandes festas e eventos, na saída das escolas, ou podem até mesmo fugir de casa e desaparecer definitivamente em um piscar de olhos. Atualmente a literatura e os sites abordam com prioridade a questão de segurança infantil e da responsabilidade dos pais. Segundo informações da Secretaria Especial dos Direitos Humanos, (Secretaria especial dos direitos humanos – Mar.2010) no Brasil não existem dados oficiais do número de crianças e adolescentes desaparecidos, porém dos casos registrados, em torno de 15% ficam sem solução por longo período de tempo ou até mesmo permanentemente.Com a tecnologia avançando, rapidamente problemas como esses começam a ser questionados e soluções começam a ser pesquisadas.
Com a atual tecnologia do GPS e das redes sem fio, é possível criar dispositivos para determinar a localização de coisas e pessoas, como é o caso dos famosos rastreadores de carros, facilitando as buscas em casos de roubos ou seqüestros. Um dispositivo com o mesmo princípio dos rastreadores de automóveis (Jornal A Cidade – Abr.2010) poderia amenizar o número de crianças desaparecidas e até mesmo melhorar a estatística de casos não solucionados, diminuindo assim a aflição dos pais.
Neste contexto, o presente mescla as tecnologias de comunicação sem fio, GPS (Global Positioning System) e GPRS (General Packet Radio Service) para que em caso de desaparecimento os pais recebam pelos seus celulares mensagens com a localização de seus filhos auxiliando nas buscas, além disso, alarmes sonoros alertam os pais sobre o afastamento de seus filhos em locais públicos ajudando a evitar esse desaparecimento.
Nas próximas seções apresenta-se a segurança pessoal nos dias de hoje, a integração das tecnologias, a metodologia dos testes, os resultados e finalmente as conclusões.
2 SEGURANÇA PESSOAL
Do nascer ao pôr do sol somos surpreendidos por noticias e mais noticias de violência, assassinatos, seqüestros relâmpago, assaltos a mão armada, já não se tem sossego. Nos dias atuais o que se vê são bandidos soltos e a população presa. Presa por muros altos, cercas elétricas, alarmes, vidros escuros, anti-furtos, câmeras de vigilância, seguranças, enfim tudo o que estiver ao alcance para proteger. Com tudo isso existe uma preocupação enorme de pais quanto ao futuro e segurança de seus filhos, alguns buscam alternativas ao se mudar do país outros buscam na tecnologia um auxilio, um conforto. Cada vez mais se procura tecnologias que auxiliem a evitar ou contornar situações de risco. Onde a vida vale pouco, um dispositivo como esse vale muito.
A palavra “Segurança” é derivada do latim secure e significa “sem medo” e
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segundo informações contidas na Cartilha Comunitária de Segurança da PMPR (www.policiamilitar.pr.gov.br), o grau do medo do cidadão é derivado da percepção de violência e não da existência dela propriamente dita. Portanto, é necessário que a pessoa sinta-se protegida para que se sinta em segurança.
Informações, conselhos e dicas para evitar situações de perigo podem ser encontradas facilmente na internet, no site da própria PMPR e isso tem sido pauta até mesmo das campanhas políticas, tamanha a falta de segurança que a população vem sentindo com o passar dos anos.
O mais importante é estar sempre atento pois ninguém está livre e apesar de toda a atenção dispensada ao assunto ainda estamos longe do mundo ideal e para os profissionais da área de tecnologia fica o dever de estar sempre em busca da melhor solução para auxiliar ou contornar situações de perigo.
3 DESCRIÇÃO DO SISTEMA
Trata-se de um sistema utilizado como dispositivo de segurança pessoal, onde é possível evitar o desaparecimento de crianças e em caso de seqüestro localizar com maior agilidade o paradeiro. O sistema é constituído de dois módulos que comunicação entre-si através de rede sem fio. Para comunicação sem fio cada dia mais tem se usado módulos xbee, por sua facilidade de manipulação, baixo consumo, tamanho e peso pequenos e um bom alcance. O módulo xbee presente nas duas partes troca informações e a partir da força do sinal recebido identifica a distancia entre as partes. Quando o módulo identifica que a criança saiu da distancia 1 de segurança, estipulada como 3 metros, um alarme sonoro e um luminoso avisa o responsável do afastamento, caso a criança venha a sair da distância 2 de segurança, estipulada como 7 metros, e se estiver em local aberto, basta que o responsável ligue para o número do chip do módulo da criança que este responderá com mensagens sms com a localização onde se encontra, caso a criança esteja em local fechado a mensagem indicara que o GPS encontra-se indisponível. Na figura 1 pode-se verificar a representação gráfica do funcionamento do sistema.
Conforme a figura 2, o hardware será composto por um módulo de controle estará na parte matriz do dispositivo, o qual enviará constantemente sinais para a filial e analisará os sinais recebidos pelo módulo de comunicação sem fio, definindo após essa análise o momento de acionar ou não o LED (Light Emitting Diode) e o alarme sonoro.
Na outra parte, a filial, estará outro módulo de comunicação sem fio que se comunicará com a matriz. Na filial também existe um módulo de controle que ao receber um determinado sinal da matriz aciona seus módulos GPS (Global Positioning System) e GPRS (General Packet Radio Service). O Módulo GPRS é o responsável por enviar a localização da criança desaparecida ao celular de seus pais.
Nas figuras 3 e 4 pode-se verificar os firmwares da matriz e da filial respectivamente. O firmware foi desenvolvido em linguagem Assembly e foi utilizado o Rigel Reads51 versão 4.52, para ambas as partes (matriz e filial). O microcontrolador através do Xbee da matriz e envia um sinal ao módulo de comunicação XBee da filial, recebe uma resposta do mesmo e verifica, pela força do sinal lida no pino 6 do Xbee, qual a distância que existe entre as partes. Caso a distância seja maior que a distância 1 de segurança, o alarme sonoro e o luminoso são acionados. Em seguida, é verificado se
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a distância é maior do que a distância 2 de segurança, caso a resposta seja afirmativa, o módulo GPS juntamente com o módulo GPRS serão acionados pelo microcontrolador da filial. Caso a distância calculada não seja maior que a distância 1 ou 2 de segurança, a comunicação volta a ocorrer e a distância é recalculada.
O microcontrolador da filial recebe um sinal da matriz e analisa, se o sinal estiver muito fraco ou deixar de existir, o módulo GPS é acionado para verificar as coordenadas em que se encontra. Em seguida, o módulo GPRS envia essas informações para o celular dos pais. Caso o sinal esteja dentro da distância 1 e distância 2 de segurança, o sistema simplesmente responde para que a matriz calcule a distância em que se encontra.
O módulo microcontrolador utilizado no sistema é o 8051, modelo AT89S52, onde foram utilizados os pinos de comunicação serial, RXD e TXD (10 e 11 respectivamente), pinos da Port P2(P2.0 e P2.1), para controle do multiplexador que selecionará o módulo o qual se comunicará com o microcontrolador e os pinos para acionamento dos módulos GPS e GPRS (Port P2.2).
Já o Xbee, para comunicação sem fio, é da MaxStream, série 1 alimentado com 3,3 volts. Para a comunicação foi utilizado os pinos de RX e TX (2 e 3) acoplados nos pinos RX e TX (26 e 25) do 8051. Após montados os módulos xbee na matriz e na filial foram realizadas medições de tensão e distância com auxílio de uma trena e multímetro para definição das tensões x distâncias a fim de configurar as distâncias de segurança. Os resultados obtidos podem ser verificados na Tabela 1. O módulo Xbee possui um pino de força de sinal (PWMO/RSSI), esse sinal passa por um filtro passa-baixa passivo (RC), em seguida pelo detector de nível que compara com a tensão configurada como tensão da distância de segurança, caso a tensão recebida seja maior ou igual que a tensão configurada envia para o buffer nível lógico alto, caso contrário envia nível lógico baixo. O microcontrolador verifica no buffer o nível lógico guardado, caso seja nível lógico alto acende o LED verde da matriz indicando sinal forte o que significa que a filial esta dentro da distância de segurança, caso o nível lógico seja baixo acende o LED amarelo da matriz e liga o buzzer para alerta de distância. Caso não receba nenhum sinal é acionado o LED vermelho da matriz que indica a perda do sinal e um sinal de alerta é enviado ao microcontrolador da filial para acionar os módulos de GPS e GPRS.
O módulo GPS escolhido foi o ME-1000 RW o qual possui 65 canais e antena embutida, com ele pode-se descobrir além das coordenadas, informações como longitude, latitude, horário, qualidade de sinal, número de satélites, etc. O módulo utiliza padrão de comunicação serial RS232 e envia informações no padrão NMEA 0183 a cada 1 segundo (1 Hz). O módulo GPS é acionado pelo microcontrolador da Filial, em seguida o GPS começará a receber os sinais do satélite e calcular a coordenada em que se encontra. Através do protocolo de comunicação NMEA 0183, o GPS envia mensagens com informações gerais para o microcontrolador, o qual identifica o campo referente a coordenada e envia para o GPRS. Para que as coordenadas enviadas ao GPRS sejam reconhecidas no Google Maps (http://maps.google.com.br), a coordenada no formato Graus- minutos decimais deve ser convertida para o formato Graus decimais. Para realizar essa conversão basta dividir os minutos decimais por 60 e somar aos graus.
Para o envio de mensagens em rede de celular basta utilizar um módulo GPRS/GSM, no presente sistema o módulo escolhido foi o SIM340DZ, o qual envia as
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coordenadas que foram recebidas pelo módulo GPS e selecionadas pelo microcontrolador para a rede celular. A comunicação entre o módulo e o microcontrolador é feita utilizando o protocolo UART TTL. Na figura 5 é possível verificar esquemático completo do módulo GPRS. O microprocessador envia comandos AT (Comando de Modem) para o GPRS que os entende e os executa. Logo que inicializado é enviado um comando de identificação de chamada para o GPRS. Quando o módulo recebe uma ligação a linha é lida, o número que está chamando é gravado e a ligação derrubada. Em seguida, envia uma mensagem pré-programada, com as informações repassadas pelo módulo de GPS, para o número do qual recebeu a chamada anteriormente. Caso verifique que o GPS está sem sinal envia uma mensagem de “GPS
Indisponível” para o celular que o chamou.
Como resumo do módulo matriz têm-se que é composto por um módulo xbee, um filtro RC passa-baixa para estabilizar o sinal , um AmpOp como comparador de nível para comparar as tensões medidas e configuradas como “distâncias de segurança”,
um buffer para armazenar o nível lógico e um microcontrolador para desempenhar as mais diversas tarefas, como por exemplo, ler o buffer e definir qual led acender bem como enviar sinal de alerta para a filial. É a matriz que “mede”a distância que se
encontra de sua filial e comanda as ações a serem efetuadas a partir disso.
Já a filial é um tanto mais complexa que a matriz, possui um módulo xbee, um módulo GPS, um módulo GPRS/GSM, um microcontrolador e um mux/dmux para comunicação. De 3 em 3 segundos a filial verifica o sinal e quanto tempo está sem receber sinal da matriz. Quando recebe um sinal verifica se é um sinal “A” ou “G”, se
for “A” significa que está dentro da distância de segurança, caso receba “G” significa
alerta e os módulos devem ser acionados. Após 5 tentativas sem sinal o led vermelho é acionado e em seguida os módulos de GPS e GPRS são ligados.O microprocessador é programado para enviar os comandos nos devidos tempos ao GPS e ao GPRS fazendo a perfeita sincronia do sistema.
4 METODOLOGIA DOS TESTES
A validação do sistema foi realizada em 3 etapas: módulo de comunicação sem fio, módulos GPS e GPRS/GSM e finalmente sistema completo.
Abaixo estão descritas as validações para o módulo de comunicação sem fio: 9) Validar comunicação entre matriz e filial
10) Validar força do sinal recebido
11) Verificar se microprocessador reconhece distâncias de segurança
12) Validar funcionamento do alarme sonoro e luminoso
Em seguida, validações para módulos GPS e GPRS:
13) Verificar se microprocessador da filial reconhece sinal de alerta ou ausência de sinal.
14) Validar acionamento de módulo GPS, bem como as coordenadas encontradas por ele.
15) Validar se existe sinal na rede celular disponível.
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16) Validar envio e recebimento de mensagens.
Validação total do sistema:
9) Validar comunicação entre módulos
10) Validar distâncias e alarmes
11) Distanciar módulos até perda de sinal
12) Validar acionamento de módulos de GPS e GSM/GPRS
13) Validar recebimento de mensagem.
14) Validar no Google Maps (referencia) localização do módulo filial.
5 RESULTADOS
Após montados os módulos xbee na matriz e na filial foram realizadas medições de tensão e distância com auxílio de uma trena e multímetro para definição das tensões x distâncias a fim de configurar as distâncias de segurança. Os resultados obtidos podem ser verificados na Tabela 1. O módulo xbee possui um pino de força de sinal (PWMO/RSSI), esse sinal passa por um filtro passa-baixa passivo (RC), em seguida pelo detector de nível que compara com a tensão configurada como tensão da distância de segurança, caso a tensão recebida seja maior ou igual que a tensão configurada envia para o buffer nível lógico alto, caso contrário envia nível lógico baixo. O microcontrolador verifica no buffer o nível lógico guardado, caso seja nível lógico alto acende o led verde da matriz indicando sinal forte o que significa que a filial esta dentro da distância de segurança, caso o nível lógico seja baixo acende o led amarelo da matriz e liga o buzzer para alerta de distância. Caso não receba nenhum sinal é acionado o led vermelho da matriz que indica a perda do sinal e um sinal de alerta é enviado ao microcontrolador da filial para acionar os módulos de GPS e GPRS.
Na filial, juntamente com o módulo xbee foi inserido o módulo GPS ME-1000 RW. O GPS nos traz diversas informações como latitude e longitude no formato graus minutos decimais, horário, indicador de qualidade, número de satélites usados, etc. Entre as diversas linhas de informações, para o projeto, foi necessário selecionar a linha com as indicações de longitude e latitude para serem enviadas ao microprocessador e posteriormente ao GPRS. A linha utilizada no projeto chama-se GGA – Global positioning system fix data e dentre as diversas informações traz as informações de hora, posição, indicador da qualidade da conexão e altitude, necessárias para o projeto. Para que as coordenadas enviadas ao GPRS sejam reconhecidas no Google Maps, a coordenada no formato Graus- minutos decimais deve ser convertida para o formato Graus decimais. Para realizar essa conversão basta dividir os minutos decimais por 60 e somar aos graus.
O módulo de GPRS utilizado possui diversas funções, porém para o presente projeto foi utilizada apenas a função GSM para envio de mensagens na rede de celulares.
O microprocessador envia comandos AT para o GPRS que os entende e os executa. Logo que inicializado é enviado um comando de identificação de chamada para o GPRS. Quando o módulo recebe uma ligação a linha é lida, o número que está chamando é gravado e a ligação derrubada. Em seguida, envia uma mensagem pré-
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programada, com as informações repassadas pelo módulo de GPS, para o número do qual recebeu a chamada anteriormente. Caso verifique que o GPS está sem sinal envia uma mensagem de “GPS Indisponível” para o celular que o chamou.
6 CONCLUSÕES
O sistema funcionou de acordo com o projetado e esperado. A matriz envia sinal de 3 em 3 segundos e a filial verifica o recebimento dentro deste mesmo intervalo de tempo, realizando cinco tentativas em caso de perda de sinal. Caso a perda de sinal seja constatada após as tentativas a filial aciona os módulos de GPS e GPRS/GSM ficando disponível para receber chamadas. Após receber chamada do usuário a filial responde com mensagem indicando a coordenada, já em formato reconhecido pelo Google Maps (http://maps.google.com.br), de sua localização. A distância de segurança pode ter oscilação dependendo do local devido à interferência de objetos no sinal, podendo fazer com que a distância seja maior ou menor do que a prevista, mas sempre muito próxima.
O módulo filial pode ficar fora da área ou demorar a enviar retorno dependendo da disponibilidade da operadora que oferece o serviço ao chip localizado no módulo. Lembrando que a operadora pode ser escolhida pelo usuário e é necessário ter créditos ou estar com a conta em dia para o perfeito funcionamento do sistema.
A duração da bateria varia de acordo com o módulo, em torno de 4 horas e meia para a matriz e 2 horas e meia para a filial, pois essa possui os módulos de GPS e GPRS que consomem um pouco mais de energia.
Este sistema possui grande abrangência para funcionalidades e diversos públicos alvo, podendo para o futuro ser utilizado não só para crianças, mas também como item de segurança pessoal ou em casos de recém nascidos em maternidades.
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REFERÊNCIAS
ATMEL Products. Datasheet microprocessador AT89S52. Disponível em http://www.atmel.com/dyn/general/tech_doc.asp?keyword=at89s&DocTypeList=Application+Note%2CDatasheet%2CUser+Guide%2CSoftware%2CArticle%2CWhite+Paper%2CFlyer%2CBrochure> Acesso em Mar.2010
BENQ Corporation. BenQ M22 GSM / GPRS Wireless Module Design Guide Rev. 0.1, December. 2003 GISLASON, D.(2008). “Zigbee Wireless Networking”, Newnes, 2008, 425 p. GLENN BADDELEY – GPS – NMEA SENTENCE INFORMATION. Disponível em <http://home.mira.net/~gnb/gps/nmea.html > Acesso em: Abr 2010 JORNAL A CIDADE. De Olho nos rastreadores de veículos. Disponível em http://www.jornalacidade.com.br/editorias/rodas-e-cia/2009/11/06/de-olho-nos-rastreadores-de-veiculos.html > Acesso em: Abr 2010 NICOLOSI, D. E. C.Microcontrolador 8051 detalhado. 2 ed. São Paulo: Érica, 2001. SECRETARIA ESPECIAL DE DIREITOS HUMANOS. Estatísticas de pessoas desaparecidas no Brasil. Disponível em: http://www.desaparecidos.mj.gov.br/>Acesso em: Mar. 2010. SICRIDE – SERVIÇO DE INVESTIGAÇÃO DE CRIANÇAS DESAPARECIDAS. Números de desaparecimentos registrados e casos resolvidos ano a ano. Disponível em: <http://www.sicride.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=4> Acesso em Mar 2010. TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S.Sistemas digitais: princípios e aplicações. 8 ed. São Paulo:Prentice Hall, 2003. TRILHA21: SOLUÇÕES E PRODUTOS DE ALTA TECNOLOGIA. Datasheet módulo GPS ME-1000RW. Disponível em: <http://res.trilha21.com/001000608/files/ ME-1000RW.pdf > Acesso em: Mar 2010. VIKA CONTROLS COM. DE INSTR. E SIST. LTDA. Datasheet XBEE® Multipoint RF Modules. Disponível em: <http://www.vikacontrols.com.br/catalogos_pdf/ ds_xbeemultipointmodules.pdf> Acesso em: Mar 2010.
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Figura 1: representação gráfica do funcionamento do dispositivo
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Figura 2: Diagrama em blocos do Sistema
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Figura 3: Fluxograma do firmware da matriz
Figura 4: Fluxograma do firmware da filial
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Figura 5: Esquemático completo do módulo GPRS
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Distância (m) Tensão (v)
1 2,2
2 2,16
3 2,05
4 1,74
5 1,53
6 1,45
7 1,42
8 1,39
9 1,3
10 1,15
Tabela 1 – Resultado tensão x distância
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APÊNDICE C – MANUAL DO USUÁRIO
UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
CAROLINE RODRIGUES MAFRA
DOUGLAS DA SILVA
MANUAL DO USUÁRIO
Dispositivo sem fio para evitar desaparecimento de crianças
Trabalho de Conclusão de Curso. Prof. Valfredo Pilla Júnior Orientador
Curitiba, Novembro de 2010.
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SUMÁRIO
1 IMPORTANTES INSTRUÇÕES DE SEGURANÇA ................................... 46
2 CONTEÚDO ............................................................................................... 47
3 CARACTERÍSTICAS ................................................................................. 47
4 REQUISITOS ............................................................................................. 47
5 VISUALIZAÇÃO DO MÓDULO MATRIZ ................................................... 48
6 VISUALIZAÇÃO DO MÓDULO FILIAL ..................................................... 49
7 RESOLVENDO PROBLEMAS .................................................................. 49
O módulo não liga ................................................................................................................................. 50
O módulo não responde com SMS ...................................................................................................... 50
1 Importantes instruções de segurança
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- Leia atentamente este manual. Todas as instruções de operação e de segurança devem ser lidas antes de operar o dispositivo.
- Guarde esse manual para futuras consultas. Todas as instruções de operação e de segurança devem ser guardadas para consultas futuras.
- Preste atenção em todos os avisos. Todos os avisos e orientações devem ser seguidos.
- Fontes de energia. O dispositivo deve ser operado somente de um tipo de fonte de energia indicado neste manual.
- Antena externa. É necessário tomar cuidado com a antena externa presente nos dois módulos para perfeito funcionamento do dispositivo.
- Entrada de objetos e líquido: Nunca empurre qualquer objeto através das aberturas ou espirre nenhum tipo de líquido nos módulos, pois podem provocar curto-circuito e danos irreversíveis ao dispositivo.
2 Conteúdo
- 1 módulo matriz
- 1 módulo filial
- 2 baterias externas de 9 v
- 1 bateria externa de 3,6 v
- 1 chip TIM
3 Características
a) Distância de Segurança 1: 3 m
b) Distância de Segurança 2: 7 m
c) Distância máxima de captura de sinal: 90 m
d) Alimentação Matriz : bateria de 9 V
e) Alimentação Filial: bateria de 9 V e 3,6 V
f) Com GPS
g) Com GPRS
h) Alarme Luminoso e Sonoro no módulo matriz
Atenção! As distâncias de seguranças podem sofrer pequenas oscilações dependendo do lugar em que os módulos se encontram.
4 Requisitos Para que o sistema envie a localização da criança é necessário estar em
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ambiente aberto.
Alimentação com bateria externa de 9V e 3,6 V.
É necessário que o chip do módulo filial possua créditos ou conta em dia para envio das mensagens.
5 Visualização do módulo matriz
1. Reset
2. Led Vermelho: Indica perda de sinal entre os módulos
3. Led Branco: Envia envio de sinal ao módulo filial. Acende de 3 em 3 segundos.
4. Led Verde: Indica sinal forte. Filial encontra-se dentro da distancia de segurança.
5. Led Amarelo: Indica sinal fraco. Filial distanciou-se em torno de 3 metros.
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6. Botão de Liga/Desliga
7. Buzzer : Indica saída da distancia 1 de segudança (em torno de 3 metros) e é acionado juntamente com o Led Amarelo.
8. Antena externa do módulo de comunicação sem fio.
6 Visualização do módulo Filial
1. Led Vermelho: Indica perda de sinal com a Matriz.
2. Led Verde: indica envio de sinal para a Matriz
3. Antena externa do módulo de comunicação sem fio.
4. Botão de Liga/Desliga
7 Resolvendo Problemas Caso você tenha problema com o dispositivo, por favor, leia as instruções a seguir:
1
2
3
4
50
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4.6 O módulo não liga
Certifique-se de que a bateria esteja carregada, caso não esteja efetue a troca imediata por outra do mesmo modelo nova.
4.7 O módulo não responde com SMS
Certifique-se de que o chip esteja carregado com créditos ou a conta esteja em dia junto a operadora de celular responsável.