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Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Engenharia Eltrica e InformticaUnidade Acadmica de Engenharia Eltrica

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Karolie Nobre Dantas Grassi

Sistema de medio e monitoramento da velocidade de veculos automotivos

Campina Grande

Setembro de 2009

KAROLIE NOBRE DANTAS GRASSI

Sistema de medio e monitoramento da velocidade de veculos automotivos

Relatrio de Projeto de Engenharia Eltrica apresentado Coordenao de Graduao de Engenharia Eltrica da Universidade Federal de Campina Grande, como requisito para obteno do grau de Engenheira Eletricista.

Orientador: Jos Gutembergue de Assis Lira

Campina Grande

Setembro de 2009

Agradecimentos

Aos professores Freire e Gutembergue, pela orientao e conselhos, por acreditarem na

minha capacidade e pelas oportunidades que tem me concedido de aprender.

A meu namorado e colega de profisso, Bruno Emmanuel, pelos aconselhamentos acerca

deste trabalho e pela presena paciente e carinho que me dedica.

A todos os professores, funcionrios, colegas de ambiente de trabalho e em especial aos

amigos que me acompanharam e que de fato contriburam positivamente nesta etapa da minha

caminhada.

iii

Dedicatria

A Deus.

A minha famlia, em especial meus pais Eugnio Pacelli Dantas Grassi e Joseiza Nobre

Fernandes, que me deram suporte e que se dedicam com afinco e amor misso de pais tambm

educadores; a minha irm Estephanie, que com muito carinho e pacincia me apoiou; a minha av,

Izabel Fernandes Nobre, sempre nutrindo minhas esperanas com palavras de incentivo e amor.

iv

ndice

1. Introduo .................................................................................................................................. 1

2. Requisitos bsicos do sistema ...................................................................................................... 2

2.1 Comparao entre os sensores disponveis no mercado .................................................. 2

2.2 Unidade de controle ........................................................................................................ 3

2.3 Fornecimento de energia ao sistema .......................................................................... 4

3. Sensores indutivos: caractersticas ........................................................................................... 4

3.1 Princpio de funcionamento........................................................................................... 4

3.2 Restries fsicas........................................................................................................... 5

4. Materiais e mtodos.................................................................................................................... 6

4.1 Hardware ......................................................................................................................... 6

4.1.1 Sensores.............................................................................................................. 6

4.1.2 Oscilador ............................................................................................................. 7

4.1.3 Unidade de controle ................................................................................................ 11

4.2 Firmware......................................................................................................................... 11

4.2.1 Algoritmos para implementao da medio usando microcontrolador ............. 13

5. Resultados ............... ............................................................................................................. 15

6. Concluses ................................................................................................................................ 16

7. Referncias bibliogrficas .......................................................................................................... 17

v

1. Introduo

Atualmente, cresce a necessidade por sistemas de monitoramento e controle de trfego de

veculos automotivos nas vias pblicas e conseqentemente de sistemas de deteco de tais veculos.

Uma das funcionalidades de um sistema de controle de trfego de veculos automotivos a medio e

monitoramento da velocidade dos veculos, para fins de aplicao das penalidades previstas na

legislao de trnsito em vigor aos condutores de veculos que ultrapassem os limites estabelecidos

pelas mesmas. Neste cenrio, o presente trabalho tem como objetivo o projeto de um sistema de

medio e monitoramento da velocidade de veculos automotivos.

1

2. Requisitos do sistema

Basicamente, no desenvolvimento de um sistema de medio que atuar em campo, como o

caso do sistema projetado, necessrio considerar os requisitos do local onde o sistema atuar, para

evitar seu mau funcionamento ou desligamento no desejado e possveis danos aos seus elementos.

Para isto, devem ser considerados se a tecnologia dos sensores utilizados apropriada para as

condies do local, a forma de implementao do sistema de aquisio de dados e as condies

necessrias para manter o equipamento operando em segurana, sem afetar nem ser afetado por

outras instalaes eltricas ou fatores externos.

2.1 Comparao entre os sensores disponveis no mercado

Em um sistema de medio de velocidade de veculos automotivos, possvel utilizar

diferentes tipos de sensores de velocidade. Os mais utilizados neste tipo de sistema so citados na

tabela 1.

Tabela 1 - Vantagens e desvantagens das tecnologias que podem ser usadas em detectores de veculos.

Tecnologia Vantagens Desvantagens

Ultra-som - Tamanho compacto, fcil

instalao.

- Pode ser sensvel

temperatura e a turbulncias do

ar.

Doppler de microondas - Funciona bem sob mau tempo;

- Mede diretamente a velocidade

do veculo.

- No capaz de detectar

veculos parados ou veculos se

movendo a velocidades muito

baixas.

Radar de microondas - Funciona bem sob mau tempo;


do veculo;

- Opera no modo side-looking;

- Requer uma antena

direcionada para confinar rea

de deteco impresso no modo

forward-looking.

Infravermelho passivo (apenas

recebe)

- Maior distncia visvel em

neblina com relao a sensores

de comprimento de onda maior;

- Pode ter seu desempenho

degradado por chuvas ou neve

pesadas;

Infravermelho ativo (transmite e

recebe)

- Maior distncia visvel em

neblina com relao a sensores

de comprimento de onda maior;


dos veculos.



pesadas;

Processador de imagem no

espectro visvel (sensores de

- Fornece dados para o

gerenciamento do trfego e



2

luz, utilizando fotografia) imagens sobre a incidncia de

incidentes;

- Uma cmera e um processador

podem servir mltiplas vias;

- Pode fornecer um vetor com

vrios dados sobre o trfego

pode ser fornecido;

pesadas;

- Veculos grandes podem

obscurecer veculos menores;

- Sombras, reflexes do

pavimento mido e transies do

dia/noite podem resultar em

deteces perdidas ou

deteces falsas.

Fonte: Vehicle Detector Techonologies for Traffic Management Application, [1].

Os sensores mais utilizados em sistemas de medio e monitoramento da velocidade de

veculos automotivos so:

- Infravermelho;

- Sensores de luz no espectro visvel (fotografia);

- Indutivos.

Os sensores a infravermelho so de baixo custo, mas alm das limitaes tcnicas expostas

na tabela 1 podem, dependendo da sua disposio no local de medio, ser alterados por transeuntes

atravs da colocao de obstculos que impeam a emisso ou a recepo de luz pelo sensor, por

exemplo. O uso de processamento digital de imagens, alm das limitaes expostas na tabela 1

requer softwares mais sofisticados e portanto tem um custo de desenvolvimento maior. Por esta razo,

os laos indutivos so, desde os anos 60, os sensores mais utilizados na medio de velocidade de

veculos automotivos em vias pblicas.

2.2 Unidade de controle

O sistema de medio deve estar de acordo com a Resoluo n 115 do Inmetro, de 29 de

junho 1998, atualmente em vigor, que estabelece que, entre outros requisitos:

- A diviso mnima nas medidas deve ser de 1 km/h;

- O erro mximo da medio da velocidade para unidades testadas em laboratrio deve ser

de 1 km/h para valores medidos at 100 km/h e de 2 km/h para valores superiores;

- Na apreciao tcnica da unidade em condies de uso e na verificao metrolgica inicial

pelo Inmetro, o erro mximo da medio da velocidade deve ser de 3 km/h para valores medidos at

100 km/h e de 3 % para valores superiores, quando do uso de sensores estticos, como o caso

dos laos indutivos.

- Em verificaes metrolgicas peridicas ou eventuais, na utilizao de sensores estticos o

erro mximo da medio da velocidade pelas unidades deve ser de 5 km/h para valores medidos at

100 km/h e de 5 % para valores superiores;

- Os medidores de velocidade, os dispositivos complementares e acessrios devem ser

fabricados com materiais de resistncia adequada e possuir caractersticas capazes de assegurar a

3

estabilidade desses instrumentos nas condies normais de uso;

- A determinao da velocidade dos veculos deve realizar-se de forma concomitante.

- Os medidores de velocidade automticos, como o caso deste projeto, devem ser dotados

de dispositivo seletor de velocidades que permita ajustar previamente a velocidade de controle;

Alm disso, interessante que o sistema disponha de calibrao na medio da frequncia

natural dos osciladores (e, portanto, dos laos indutivos), visto que esta frequncia pode variar de

acordo com as condies do ambiente.

Outro requisito a ser definido a comunicao do sistema de monitoramento com um

microcomputador, para armazenamento dos eventos: data, hora e velocidade do veculo, a qual pode

ser feita, a princpio usando o protocolo RS-232.

2.3 Fornecimento de energia ao sistema

De acordo com a Resoluo n 115 do Inmetro, de 29 de junho 1998, atualmente em vigor, os

seguintes requisitos, referentes ao fornecimento de energia ao sistema, devem ser atendidos:

- Os medidores de velocidade devem ser ter, alm de boto liga/desliga, indicador de

estabilidade de tenso e/ou indicador de bateria;

- O instrumento deve ser provido com um autodiagnstico, independente do circuito de

medio capaz de verificar as funes e o bom funcionamento de todos os circuitos desde a entrada

at a sada do medidor de velocidade; este autodiagnstico pode ser automtico quando o medidor de

velocidade ligado, e deve tambm ser disponvel por acionamento manual;

- Quando no autodiagnstico for acionado um dispositivo de registro, este deve identificar

claramente a situao de teste.

Alm disso, o medidor deve atender operar corretamente sob condies como:

- Tenso eltrica de alimentao entre -10 % a +20 % da tenso nominal para corrente

contnua e entre -15% a +10%, para corrente alternada.

- Radiaes eletromagnticas com intensidade de campo de 10 V/m em freqncias entre 80

MHz a 1000 MHz;

- Boa sensibilidade mesmo a temperaturas ambientes de -10C a +55C e umidade relativa do

ar entre 10% e 95%.

3.1 Sensores indutivos: caractersticas

3.1.1 Princpio de funcionamento

Em um sistema de medio de velocidade de veculos automotivos, o lao indutivo inserido

em um circuito eletrnico sintonizado no qual o lao e o cabo de ligao do lao so os elementos

indutivos. Quando um veculo passa sobre o lao indutivo ou pra sobre o lao, ao mesmo tempo

aumenta a permeabilidade magntica do indutor (o que aumenta a sua indutncia) e induz as

4

chamadas eddy currents nos laos indutivos; o efeito resultante a diminuio da indutncia dos

mesmos. Isto aumenta a freqncia de oscilao do circuito e pode ser detectado por um controlador

como sendo a passagem ou presena de um veculo [KLEIN et al, 2006].

3.1.2 Restries fsicas

Freqncias de operao

A faixa de freqncias de operao de um lao indutivo em um sistema de medio de

velocidade recomendada por [KLEIN et al, 2006] de 10 kHz a 200 kHz. Entretanto, [KLEIN et al,

2006] tambm cita que para freqncias da ordem de 10 kHz, o efeito das capacitncias entre o lao

indutivo e seu invlucro (o material dieltrico usado para proteg-lo de intempries na cavidade aberta

no asfalto) significativo. Para freqncias muito altas, preciso utilizar uma unidade controladora

com um relgio de freqncia muito alta, o que aumenta consideravelmente o custo do produto.

Fontes de erro na medio

Devido passagem constante de veculos e existncia da indutncia mtua entre espiras

que conduzam uma corrente eltrica e que estejam prximas, observam-se os seguintes fatores que

podem comprometer o desempenho do sistema de medio:

- Splash over, que consiste em uma falsa deteco causada por um veculo que trafega na

faixa adjacente;

- Crosstalk, que consiste na interferncia de campos magnticos entre laos indutivos muito

prximos [NISHIMOTO, 2006], dependendo da distncia entre os laos (que limita a indutncia mtua

entre eles);

- Trajetrias irregulares dos veculos, que podem aumentar o tempo durante o qual o veculo

percorre a distncia entre os laos, acarretando na medio de uma velocidade menor que a dor

percurso em linha reta e portanto com menor exatido [KI & BAIK, 2006]; este tipo de problema pode

ser evitado diminuindo a distncia entre os laos e inserindo no asfalto blocos que delimitem o

percurso do veculo na passagem sobre os laos.

- Um espaamento grande entre os laos tambm pode levar deteco simultnea de mais

de um veculo, quando da passagem de veculos muito prximos, o que pode resultar em erros muito

grandes; isto pode ser reduzido pela diminuio da distncia entre os laos, a custo de um aumento

do efeito do crossover causado pela indutncia mtua entre eles, mas pode tambm ser tratado em

um algoritmo de tratamento de erros, que teste se o resultado da medio aceitvel com relao s

condies fsicas envolvidas na medio.

Uma outra caracterstica que a variao de freqncia dos dois laos diferente; assim, os

tempos de incio e fim do lao so inexatos [KI & BAIK, 2006].

5

3. Materiais e Mtodos

3.1 Hardware

3.1.1 Sensores

Utilizou-se um par de laos indutivos semelhantes, com 6 m de permetro e 1,5 m de fio

tranados na extremidade para interligao com a unidade de controle.

Configurao dos sensores

Forma: Com base no estudo feito por [KI & BAIK, 2006], escolheu-se duas configuraes dos

dois laos para realizao de testes: inicialmente, os dois laos com formato quadrado com lados 1,5

de comprimento e os dois laos com formato retangular, com 1 m de largura e 2 m de comprimento.

Figura 1: Leiaute dos laos indutivos, sugerido por [KI & BAIK, 2006].

Distncia: Segundo [KI & BAIK, 2006], [KLEIN et al, 2006] o espaamento de 4,9 m entre as

extremidades dos laos indutivos apresentou melhores resultados, mas para melhorar a preciso

necessrio aumentar a distncia tanto quanto for possvel. Veculos como caminhes mais longos

tero suas velocidades subestimadas, e carros mais curtos produziro velocidades sobrestimadas, e

por esta razo no h uma distncia que permita a melhor deteco possvel para todos os tipos de

veculos. Entretanto, isto pode ser tratado no algoritmo de deteco da passagem dos veculos.

Frequncia de operao

Tendo em vista as restries colocadas por [KLEIN et al, 2006], escolheu-se inicialmente a

freqncia de 20 kHz. A partir deste valor de frequncia e dos valores medidos dos parmetros dos

laos, projetou-se o oscilador senoidal. Para proteger a unidade de controle, inseriu-se entre o

oscilador e a unidade de controle um transformador de pulsos, com relao entre os nmeros de

espiras do primrio e do secundrio de 1:1. Isto, bem como a verificao dos valores do capacitor

6

usado (no eletroltico) fez com que a frequncia de oscilao de cada lao fosse de cerca de

62,5 kHz, ao invs do valor inicialmente usado no projeto do oscilador.

Parmetros dos laos indutivos

Para projetar o circuito oscilador, necessria a medio dos valores de resistncia,

capacitncia e indutncia dos laos indutivos. Entretanto, devido ao comportamento

predominantemente indutivo dos laos, a capacitncia dos mesmos foi desconsiderada neste projeto.

Para medio da resistncia, da indutncia e do fator de qualidade dos laos usou-se uma ponte RLC

que realiza medies nas freqncias 120 Hz e 1 kHz. Por simplicidade, mediu-se os parmetros de

apenas um lao e na freqncia de 1 kHz, valor mais prximo do da freqncia de operao. Os

valores obtidos so mostrados na tabela 2.

Tabela 2 Parmetros eltricos dos laos indutivos utilizados.

Parmetro Freqncia = 1 kHz

Resistncia, Rs () 0,85

Indutncia Ls (H) 272,6 10-6

Fator de qualidade , Q 2

Em se tratando de uma rede RLC, conhecidos os valores de Rs, Ls e Q para as determinada

freqncia, pode-se calcular os valores de Rs e Ls na freqncia de operao do circuito no qual a

rede introduzida.

3.1.2 Oscilador

A configurao inicialmente proposta mostrada na figura 2.

7

Figura 2: Oscilador RLC senoidal.

Para esta configurao, tem-se que:

G1=1R '2R '1

e R '1

R '1R '2=

RLRLR5

.

O ganho de malha fechada deve ser igual a 1 para que o circuito oscile. Entretanto, devido ao

erro associado aos valores dos componentes, esta condio no atingida, mesmo com o uso de

resistores de valor ajustvel. Para efetuar o controle automtico do ganho, testou-se diferentes

configuraes. Obteve-se melhor resultado inserindo um componente cuja resistncia controlada por

tenso: um JFET operando em uma faixa praticamente linear. Assim, usou-se a configurao

mostrada na figura 3, com o transistor BF245, o amplificador operacional TL084 e o diodo 1N4148.

8

Figura 3: Oscilador RLC senoidal com controle automtico de ganho.

O grfico da operao do JFET de canal tipo-n mostrado na figura 3. As condies de

oscilao do circuito da figura 3 so as seguintes:

G2=1R1

R2rDS , R2rDS=R '2 k e

R2rDSR1R2rDS

=RL

RLR5,

onde a resistncia dinmica do JFET dada por rDS= vGS iD

.

A corrente de dreno do transistor dada por:

iD = I DSS 1 vGSV P 2

1vDS

= I DSS 12 vGSV P vGS2

V P2 1 vDS

Visto que =1/V A , onde V A a tenso de Early e apresenta um valor alto em

mdulo, pode-se considerar que vDS0 e tem-se [SEDRA & SMITH, 2000]:

iD= I DSS12 vGSV P vGS2

V P2

9

iDvGS

= 1rDS

= I DSS 2V P2 vGSV P2 rDS=

vGS iD

= 1

2 I DSS vGSV P2 1V P = 1

2 I DSSV P

2 vGSV P

onde I DSS a corrente iD quando vGS=0 e V P a tenso negativa vGS para a qual o JFET pra de conduzir, como mostrado na figura 3b.

Figura 3: Curvas de operao de um JFET de canal tipo-n.

O controle de rDS feito ento atravs da tenso vGS . Conforme mostrado na figura

3a, se a tenso vDS for limitada a valores suficientemente baixos (aproximadamente 200 mV), a

corrente iD varia linearmente para qualquer tenso vGS aplicada.

Quando a tenso vGS aumenta (devido a uma diminuio da tenso v S ), a resistncia

rDS diminui. Quando rDS diminui, vG diminui e conseqentemente vGS diminui, o que faz

com que a resistncia rDS aumente. Desta forma, ao valor da resistncia dinmica do JFET compensado e o ganho de malha fechada do circuito permanece igual a 1, satisfazendo a condio

necessria para que oscile.

10

4.1.3 Unidade de controle

Optou-se por projetar a unidade de controle usando um microcontrolador da Microchip, o PIC

16F877, com um relgio controlado por um oscilador a cristal piezoeltrico com o maior valor de

frequncia possvel disponvel para microcontrolador.

3.2 Firmware

O erro da freqncia de oscilao do cristal, f osc , f osc= f oscEFFEF Hz, onde EF a estabilidade de freqncia do cristal e FEF um fator de converso da estabilidade de

freqncia em unidade de freqncia. A freqncia de oscilao do cristal varia ento entre

f osc f osc Hz e f osc f osc Hz. Considerando os osciladores a cristal (com estabilidade de

freqncia da ordem de ppm) descritos a seguir, tem,-se que FEF=1106 e a freqncia varia como mostrado na tabela 3.

Tabela 3 Faixa de valores da freqncia de oscilao do cristal de quartzo.

f osc (MHz) Estabilidade de freqncia (ppm) f osc (Hz) f oscmin (MHz) f oscmax (MHz)4 50 200 3,9998 4,0002

20 30 600 19,9994 20,0006

O intervalo de tempo durante o qual o microcontrolador realiza uma instruo ou ciclo

de instruo, dado por f uC= f osc /4 , de modo que o tempo de um ciclo igual a

T uC=1/ f osc/ 4 . Assim, para um desvio de EF ppm, o mnimo ciclo de instruo do

microcontrolador T uCmin=1 / f uCmax =1/ f osc /4EF e o mximo ciclo de instruo do

microcontrolador T uCmax=1/ f uCmin =1/ f osc /4EF . Para os cristais acima referidos, o ciclo de instruo varia como mostrado na tabela 4.

Tabela 4 Faixa de valores da freqncia de oscilao do cristal de quartzo a serem utilizados.

f ciclo= f uC (MHz) T ciclomin=T uCmin ( s ) T ciclomax=T uCmax ( s )1 0,9999500 1,0000500

5 0,1999988 0,2000012

Para medir de velocidade atravs dos microcontroladores PIC (em particular do PIC 16F877,

que ser usado no projeto), pode-se utilizar a periodicidade dos timers, os quais so, em termos

simples, contadores de eventos, tanto para medir a freqncia de oscilao de cada lao indutivo

como para medir o intervalo de tempo durante o qual o veculo percorre a distncia entre os dois

laos.

11

Para medir os valores de freqncia do lao, pode-se usar um timer do microcontrolador, com

a melhor resoluo possvel (a de um ciclo de instruo) de modo que

f lao=nT s

Hz,

onde n o nmero de bordas de subida do sinal de entrada durante o intervalo de amostragem e

T s o perodo de amostragem, ou seja, o perodo mnimo que se pode ajustar para a contagem do timer do microcontrolador, expresso em segundos.

Calculando-se atravs do MATLAB o erro de contagem de um timer de um microcontrolador

PIC na medio da freqncia de oscilao do lao indutivo, com um passo de 1 Hz, na faixa de

40 kHz a 80 kHz (a freqncia de oscilao do lao, nas condies de laboratrio e nos testes do

oscilador em campo, de cerca de 62,5 kHz) os erros mximos de cerca de 8% e 1,5% para f oscigual a 4 MHz e 20 MHz, respectivamente. Deste modo, apesar de para 4 MHz o erro ser diferente de

zero para um nmero menor de valores de freqncia do lao indutivo, o erro com a freqncia de

operao do cristal de 20 MHz cerca de cinco vezes menor, o que mostra ser mais vantajosa a

utilizao do cristal com esta freqncia para a entrada de relgio do microcontrolador.

Figura 4: Exemplo da variao da frequncia de oscilao dos laos na passagem de um veculo automotivo. [KI & BAIK, 2006].

A velocidade do veculo ao passar pelo centro dos dois laos indutivos

vel= d t m/s ou

vel=3,6 d t km/h,

onde d a distncia entre os laos indutivos, em metros, e t o intervalo de tempo entre a passagem do veculo pelo centro do primeiro lao e pelo

centro do segundo lao, em segundos (de acordo com a figura 4, pode ser dado por t 3t 1 , por exemplo).

12

Utilizando outro timer do microcontrolador com a melhor resoluo possvel, que T uC ,

pode-se contar quantos intervalos T uC ocorrem durante a passagem do veculo sobre os laos, de modo que, conhecido o valor de t para a distncia fixa na qual os laos foram instalados, pode-se de

acordo com [KI & BAIK, 2006] calcular a velocidade por

vel=3,6 dmT uC

km/h.

Mesmo que o veculo passe pelos dois laos a uma velocidade alta, o erro possvel na

contagem do intervalo de tempo transcorrido na passagem pode ser desprezado, pois de no mximo

0,0002512 % e 0,000005 % para f osc igual a 4 MHz e 20 MHz, respectivamente. Uma terceira componente de erro que se deve ao uso do microcontrolador depende do

mtodo usado na implementao por software, pois o microcontrolador precisa realizar duas tarefas

bsicas que tm restrio de tempo: medio da freqncia de oscilao dos laos e do intervalo de

tempo de passagem do carro. Dependendo do atraso entre o atendimento da rotina de deteco do

veculo pelo primeiro lao e o atendimento da rotina de incio da contagem do intervalo de tempo

t pelo processador do microcontrolador, pode haver um erro considervel e crtico em uma destas contagens, comprometendo a exatido do clculo da velocidade.

3.2.1 Algoritmos para implementao da medio usando microcontrolador

Medio da freqncia

Dois mtodos bsicos podem ser usados para aquisio do sinal de entrada:

- A converso A/D do sinal senoidal dos laos indutivos e posterior clculo da frequncia: [KI &

BAIK, 2006] citam que Pursula e Kosomen descobriram que o erro padro das velocidades medidas

com assinaturas analgicas do sinal oscilatrio um tero do erro padro com a sada sada digital

com limites pr-estabelecidos. Assim, uma vantagem deste mtodo a obteno de valores do sinal

senoidal com boa preciso. A velocidade do veculo determinada usando-se o ponto de 50% de

amplitude do limite inicial das assinaturas dos primeiro e do segundo laos. Entretanto, este mtodo

tem as desvantagens do atraso da converso e a necessidade de armazenar na memria um nmero

considervel de valores.

- O uso do mdulo de contagem de pulsos em conjunto com o timer do microcontrolador:

Nesta implementao, o sinal senoidal v i1 e v i2 so saturados, de modo a se obter ondas

quadradas, com tenso positiva igual a 5 V se v i0 e com tenso igual a 0 V se v i0 .

Atravs dos pinos CCP1 e CCP2, so monitoradas as bordas de subida dos sinais v i1 e v i2 . A cada subida destes sinais, ativada a interrupo do mdulo Capture/Compare correspondente e

incrementado, dentro do mdulo, um contador. O prprio mdulo Capture/compare dispe de um

contador, cujo valor mximo (ou de overflow) definido na configurao inicial do microcontrolador. Ao

13

trmino da contagem, atravs de uma regra de trs e de acordo com a periodicidade dos ciclos de

mquina do microcontrolador, possvel calcular a freqncia dos sinais v i1 e v i2 . Um pseudocdigo para a realizao desta tarefa mostrado a seguir:

1. Configurar o mdulo de captura para capturar as bordas de subida do sinal saturado;

2. Configurar o pr-escalocador do timer para que o contador do mesmo tenha seu valor

mximo de overflow, ou seja, para contar o perodo mximo que pode ser contado (que depende do

nmero de bits do timer);

3. Quando houver uma interrupo do mdulo de captura ocorrer subtrair o tempo inicial do

tempo final, isto , as duas contagens do timer nos instantes t 1 (quando uma interrupo do

mdulo de captura) e t 2 (quando houve a interrupo seguinte do mdulo de captura).4. Testar o flag de overflow do timer, para monitorar se o seu valor deve ser resetado.

Medio de tempo de passagem

O tempo de passagem pode ser obtido pela diferena entre o tempo em que ocorre o pico de

frequncia no primeiro lao e o pico de frequncia no segundo lao.

Clculo da velocidade

Como a medio da frequncia de oscilao dos dois laos e do tempo de passagem do

veculo so crticos, pois erros grandes nos valores medidos podem acarretar erros considerveis no

valor da velocidade, o valor do tempo de passagem pode ser armazenado na memria e o clculo da

velocidade (que tambm consome tempo de processamento) ser realizado logo aps serem medidos

os limiares de freqncia estabelecidos, caso no estes valores no ocorram logo em seguida (isto ,

caso no ocorra a deteco de um novo veculo).

4. Resultados

Em termos de hardware, testou-se o oscilador na configurao da figura 3, o qual apresentou

estabilidade na freqncia de oscilao e verificou-se maior variao da freqncia (de cerca de 1

kHz) ao se utilizar o lao no formato quadrado, com lado 1,5 m de comprimento, em testes realizados

em campo, na presena e na ausncia de um veculo de passeio.

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Em termos de firmware, preciso ainda testar o algoritmo implementado para verificar o erro

devido restrio de tempo para que o processador do microcontrolador atenda a rotina de clculo da

freqncia de oscilao dos laos e do intervalo de tempo de passagem do carro. Alm disso, aps a

implementao do algoritmo, pode-se reduzir o custo associado escolha do microcontrolador citado,

optando por um microcontrolador que atenda aos requisitos mnimos do firmware. Aps isso,

possvel melhorar o sistema desenvolvendo uma interface mais usual para o usurio, que no apenas

LEDs sinalizadores.

5. Concluses

Observou-se a partir deste trabalho algumas vantagens na implementao do hardware:

- estabilidade na freqncia de operao do circuito da figura 3 apesar do baixo fator de

qualidade dos laos indutivos;

- sensibilidade a variao da indutncia do lao e modificao da freqncia de ressonncia;

15

- possibilidade de implementao de baixo custo.

Observou-se tambm, no desenvolvimento e teste do firmware atravs de ferramentas de

simulao como o Proteus ( necessrio ainda realizar testes no microcontrolador), as seguintes

vantagens na implementao do mesmo utilizando um microcontrolador:

- baixo erro associado ao clculo da velocidade;

- cdigo simplificado e tamanho reduzido;

- baixo custo.

6. Referncias bibliogrficas

INMETRO. Portaria n115 de 29 de junho de 1998.

16

KI, Yong-Kul; BAIK, Doo-Kwon. Model for Accurate Speed Measurement Using Double-Loop Detectors. IEEE Transations on Vehicular Technology, vol. 55, no. 4, Julho 2006.

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