protÓtipo de um sistema para...

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS

CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO

(Bacharelado)

PROTÓTIPO DE UM SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE CARROS DE COMPETIÇÕES, UTILIZANDO RÁDIO

FREQÜÊNCIA.

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO À UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU PARA A OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA

DISCIPLINA COM NOME EQUIVALENTE NO CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO — BACHARELADO

RODRIGO EGLINTON DIENER

BLUMENAU, JUNHO/2002

2002/1-63

ii

PROTÓTIPO DE UM SISTEMA PARA MONITORAÇÃO DE CARROS DE COMPETIÇÕES, UTILIZANDO RÁDIO

FREQÜÊNCIA.

RODRIGO EGLINTON DIENER

ESTE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO FOI JULGADO ADEQUADO PARA OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA DISCIPLINA DE TRABALHO DE

CONCLUSÃO DE CURSO OBRIGATÓRIA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE:

BACHAREL EM CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO

Prof. Antonio Carlos Tavares — Orientador na FURB

Prof. José Roque Voltolini da Silva — Coordenador do TCC

BANCA EXAMINADORA

Prof. Antonio Carlos Tavares Prof. Miguel Alexandre Wisintainer Prof. Dalton Solano dos Reis

iii

AGRADECIMENTOS

A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização e divulgação

deste trabalho, em especial, aos meus pais Pedro Ivo Diener e Sirlene T. Diener, pelo

apoio e incentivo que sempre empreenderam durante minha formação acadêmica.

Agradeço ao professor e orientador Antônio Carlos Tavares, pelo

acompanhamento e dedicação que propiciaram um maior aprofundamento dos estudos

desta pesquisa.

iv

SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS......................................................................................................vii

LISTA DE TABELAS.......................................................................................................ix

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.........................................................................x

RESUMO ..........................................................................................................................xi

ABSTRACT .....................................................................................................................xii

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................1

1.1 ORIGEM DO TRABALHO...............................................................................2

1.2 ÁREA .................................................................................................................2

1.3 PROBLEMA ......................................................................................................2

1.4 JUSTIFICATIVAS .............................................................................................3

1.5 OBJETIVOS.......................................................................................................3

1.6 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO..................................................................3

2 SISTEMA DE MONITORAMENTO.....................................................................5

3 COMUNICAÇÃO DE DADOS...............................................................................7

3.1 TRANSMISSÃO DE SINAIS............................................................................7

3.2 TRANSMISSÃO DE DADOS...........................................................................8

3.3 SENTIDO DA TRANSMISSÃO .....................................................................10

3.4 VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO .............................................................10

3.5 MODOS DE TRANSMISSÃO ........................................................................11

3.6 MEIOS DE TRANSMISSÃO ..........................................................................12

3.6.1 PAR TRANÇADO ...................................................................................12

3.6.2 CABO COAXIAL ....................................................................................13

3.6.3 FIBRA ÓPTICA .......................................................................................13

v

3.7 MODULAÇÃO ................................................................................................14

3.7.1 MODULAÇÃO ANALÓGICA................................................................14

3.7.2 MODULAÇÃO DIGITAL .......................................................................14

3.8 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS .....................................14

3.8.1 DETECÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS ..............................................16

3.8.1.1 MÉTODO DA PARIDADE COMBINADA........................................16

3.8.1.2 MÉTODO HRC....................................................................................17

3.8.1.3 MÉTODO CRC....................................................................................17

3.9 COMUNICAÇÃO COM RS-232.....................................................................18

3.9.1 USART.....................................................................................................20

4 TRANSMISSÃO DE DADOS SEM FIO - WIRELESS .....................................21

4.1 TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO ..................................................21

4.2 TRANSMISSÃO A LASER.............................................................................22

4.3 TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS............................................22

4.4 SISTEMA ALOHA POR RÁDIO DIFUSÃO..................................................24

5 RÁDIO FREQÜÊNCIA.........................................................................................26

5.1 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS................................27

5.2 DISTORÇÃO, RUÍDO E INTERFERÊNCIA .................................................29

5.3 CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO ...............................................30

5.4 EQUIPAMENTOS DE RÁDIO .......................................................................31

6 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO.........................................................32

6.1 ESPECIFICAÇÃO E FERRAMENTAS UTILIZADAS NA

IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO. ........................................................32

6.2 O MÓDULO-1..................................................................................................36

6.3 MICROCONTROLADOR PIC16F877............................................................37

vi

6.4 MÓDULO DE TRANSMISSÃO TWS-315 ....................................................38

6.5 MÓDULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3 ........................................................39

6.6 MAX 232..........................................................................................................40

6.7 IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO..........................................................41

6.8 OPERACIONALIDADE DO PROTÓTIPO ....................................................46

6.9 RESULTADOS ................................................................................................50

7 CONCLUSÃO.........................................................................................................51

7.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS...............................................................51

7.2 LIMITAÇÕES ..................................................................................................51

7.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS............................................52

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................53

APÊNDICE ......................................................................................................................55

ANEXO 1: ........................................................................................................................59

vii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL DIGITAL.................................................8

FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO .........................................8

FIGURA 3 - TRANSMISSÃO SERIAL............................................................................9

FIGURA 4 - TRANSMISSÃO PARALELA .....................................................................9

FIGURA 5 - TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA ..............................................................11

FIGURA 6 - PAR TRANÇADO......................................................................................12

FIGURA 7 - CABO COAXIAL .......................................................................................13

FIGURA 8 - FIBRA ÓPTICA ..........................................................................................13

FIGURA 9 - PROTOCOLO .............................................................................................15

FIGURA 10 - PROTOCOLO BSC (PONTO-A-PONTO/BSC-1)...................................15

FIGURA 11 - CONECTOR DB25...................................................................................19

FIGURA 12 - CONECTOR DB9 - MACHO...................................................................19

FIGURA 13 - BITS DE CONTROLE DA USART .........................................................20

FIGURA 14 - TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO ...........................................22

FIGURA 15 - TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS.....................................23

FIGURA 16 - SISTEMA ALOHA DO HAVAÍ...............................................................25

FIGURA 17 - ONDAS DE RÁDIO .................................................................................26

FIGURA 18 - FENÔMENO DA REFLEXÃO ................................................................28

FIGURA 19 - REFLEXÃO IONOSFÉRICA ...................................................................28

FIGURA 20 - DIFRAÇÃO DA ONDA DE RÁDIO........................................................29

FIGURA 21 - ESQUEMA DE LIGAÇÃO DAS VARIÁVEIS .......................................32

FIGURA 22 - DIAGRAMA EM BLOCOS DO PROTÓTIPO........................................33

FIGURA 23 - DIAGRAMA DOS PROCESSOS DO SISTEMA....................................34

viii

FIGURA 24 - FLUXOGRAMA DA AQUISIÇÃO DOS DADOS..................................34

FIGURA 25 - FLUXOGRAMA DA MONITORAÇÃO .................................................35

FIGURA 26 - PLACA PICLAB 4A .................................................................................37

FIGURA 27 - MICROCONTROLADOR PIC16F877.....................................................38

FIGURA 28 - MODULO DE TRANSMISSÃO TWS-315 .............................................38

FIGURA 29 - MODULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3 .................................................39

FIGURA 30 - MAX 232...................................................................................................41

FIGURA 31 - SERIGRAFIA DA PICLAB 4A................................................................42

FIGURA 32 – ESQUEMA DAS TECLAS NA PICLAB 4A ..........................................43

FIGURA 33 - ESQUEMA DO POTENCIÔMETRO NA PICLAB 4A...........................43

FIGURA 34 - ESQUEMA DA RS-232 DA PICLAB 4A ................................................44

FIGURA 35 - CÓDIGO FONTE DA IMPLEMENTAÇÃO NO PIC16F877 .................45

FIGURA 36 - FORMATO DOS DADOS TRANSMITIDOS .........................................46

FIGURA 37 - TELA PRINCIPAL....................................................................................47

FIGURA 38 - TELA CONFIGURAR ..............................................................................47

FIGURA 39 - TELA MONITORAÇÃO..........................................................................48

FIGURA 40 - TELA DADOS RECEBIDOS ...................................................................49

FIGURA 41 - TELA GRÁFICO.......................................................................................49

FIGURA 42 - TELA SOBRE ...........................................................................................50

ix

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - CARACTERES DE CONTROLE..............................................................15

TABELA 2 - PINOS PARA COMUNICAÇÃO..............................................................18

TABELA 3 - PACOTE UTILIZADO NO SISTEMA ALOHA.......................................25

TABELA 4 - CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO .........................................30

TABELA 5 - PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE RÁDIO..............30

TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MICROCONTROLADOR ........37

TABELA 7 - PINOS DO TRANSMISSOR TWS-315 ....................................................39

TABELA 8 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO TRANSMISSOR TWS-315.......39

TABELA 9 - PINOS DO RECEPTOR RWS-371-3 ........................................................40

TABELA 10 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO RECEPTOR RWS-371-3.........40

TABELA 11 - CONFIGURAÇÃO DAS VARIÁVEIS ...................................................41

TABELA 12 - VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE ERROS .......................................50

x

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AMPLITUDE (potência de um sinal)

ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

BIT (dígito binário)

BCC (Block Character Check)

BYTE (conjunto de 8 bits)

BPS (bits por segundo)

BSC (Binary Synchronous Communication)

BUFFER (dispositivo de armazenamento)

CLOCK (relógio)

EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

FREQÜÊNCIA (Número de oscilações de um movimento vibratório)

HZ (Hertz)

IED (Industrial electronic device)

LRC (Longitudinal Redundancy Checking)

OEM (Onda eletromagnética)

RF (Rádio freqüência)

STRING (Cadeia de caracteres)

VRC (Vertical Redundancy Checking)

USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

xi

RESUMO

Este trabalho relata o desenvolvimento de um protótipo de um sistema para

monitoração de veículos de competições, utilizando microcontroladores e a comunicação

de dados via rádio freqüência. O protótipo do sistema está dividido em três partes: a

aquisição dos dados no veículo através de um microcontrolador PIC16F877, a

transmissão dos dados via rádio freqüência e o software de monitoramento em um

computador remoto. Com o objetivo de facilitar o trabalho dos mecânicos, do piloto e

demais integrantes da equipe, este protótipo vem automatizar o processo de monitoração

de veículos.

xii

ABSTRACT

This work is the development of a system prototype for competition´s vehicles

monitoration, using microcontrollers and the communication of data through radio

frequency. The prototype of the system is divided in three parts: the acquisition of the

data in the vehicle through a microcontroller PIC16F877, the transmission of the data

through radio frequency and the monitoration software in a remote computer. With the

objective of facilitate the mechanics' work, the pilot and other members of the team, this

prototype comes to automate the process of vehicle monitoration.

1

1

1 INTRODUÇÃO

Em todas as modalidades de esporte praticadas atualmente, ocorre uma

competição muito acirrada, e não é diferente naquelas onde envolvem carros de corrida,

uma vez que a tecnologia usada avança de forma acentuada.

Existem inúmeras equipes de pequeno e médio porte que monitoram seus carros

manualmente, ou seja, buscam seus dados para controle através de pessoas da equipe ou

do próprio piloto. Dados esses que incluem nível de gasolina, do óleo, da bateria, dos

freios, da temperatura, etc.

Uma melhoria para a obtenção dos dados seria a utilização dos sistemas de

telemetria disponíveis, lembrando que, para empresas (equipes) de médio e pequeno

porte isso teria um custo muito elevado, dificultando em muito sua aquisição.

A utilização da rádio freqüência neste caso é imprescindível, uma vez que, para

se fazer o monitoramento dos carros não é possível à utilização de cabos ou outras

formas de transmissão.

Redes sem fio, é uma modalidade de comunicação onde a informação (dados) é

transmitida através da atmosfera por ondas eletromagnéticas ou acústicas, substituindo os

meios físicos. Na maioria dos sistemas de redes sem fio em uso, são utilizadas ondas de

rádio freqüência ou infravermelho (Valgas, 1999).

Segundo Pelisson (2000), a modulação constitui-se na técnica empregada para

modificar um sinal com a finalidade de possibilitar o transporte de informações através

do canal de comunicação, e recuperar o sinal na sua forma original, na outra

extremidade. Pode ser ela por amplitude ou por freqüência.

Os meios de transmissão por rádio freqüência operam com placas ou cartões de

rede que possuem adaptador para antena pelo qual recebem os dados do meio na forma

de sinais digitais.

Geralmente as redes sem fio são utilizadas em ambiente de difícil instalação da

fiação (cabeamento), ou quando uma rede sofre freqüentes mudanças de ambiente ou

posição (Behrens, 2000).

2

Uma possível solução para o problema de aquisição dos dados vindos do piloto

ou de membros da equipe seria a utilização de um software que monitore constantemente

(volta a volta) este carro, através de placas microcontroladas, identificadores, bem como

o uso de transmissores e receptores para a transferência dos dados a uma estação

supervisora via rádio freqüência.

Um microcontrolador é um elemento eletrônico desenvolvido para executar

tarefas específicas, com linguagem específica. Ele dispõe de uma memória de programa

que contém as instruções que deve executar e uma memória de dados para armazenar

temporariamente informações de uso próprio das instruções (Cunha 2000) (Nicolosi

2000).

A automatização do processo de coleta de dados reduziria em muito o tempo

gasto para chegar a uma solução dos problemas ocorridos, tempo esse que pode ser

decisivo em uma competição.

1.1 ORIGEM DO TRABALHO Este trabalho surgiu como uma idéia na disciplina de empreendedor em

informática, que tem como objetivo criar uma idéia de negócio, trazendo uma

oportunidade para a criação de um produto.

1.2 ÁREA

Este protótipo abrange a área de desenvolvimento de software de aplicação,

estudo dos microcontroladores e da comunicação de dados via rádio freqüência.

1.3 PROBLEMA

Dentre as observações junto às competições realizadas no estado, mais

precisamente na cidade de São Bento do Sul, no que diz respeito aos veículos utilizados

em competições, o controle dos mesmos é feito através de placas sinalizadoras, gestos ou

por voz (rádio). Na maioria das vezes, as indicações feitas pelo piloto são

desconsideradas ou não entendidas pelos mecânicos ou membros da equipe, ficando o

veículo com um monitoramento ineficiente.

3

O desenvolvimento deste trabalho traz uma proposta de melhoria no serviço de

monitoramento de veículos, atualmente disponível apenas para empresas de médio e

grande porte.

1.4 JUSTIFICATIVAS

Com o objetivo de proporcionar um controle acurado e preciso dos veículos de

competição, aliado a segurança dos mesmos, esta proposta quer trazer uma solução ao

problema citado, utilizando tecnologias já disponíveis.

1.5 OBJETIVOS

O objetivo geral do trabalho é desenvolver um protótipo de sistema para

monitorar e detectar problemas em veículos durante uma competição, transmitindo-os

via rádio freqüência (telemetria).

Os objetivos secundários do trabalho são:

a) utilizar um módulo com microcontrolador para detecção dos problemas no

interior do veículo;

b) utilizar a tecnologia de transmissão de dados por rádio freqüência ponto a

ponto entre o veículo e a estação de monitoramento (unidirecional);

c) utilizar um módulo para a recepção, identificação e tratamento dos dados

vindos do transmissor;

d) disponibilizar um protótipo de software que receba as informações via porta

serial e faça o monitoramento de algumas variáveis do veículo em questão.

1.6 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

O capítulo 2 trata sobre o sistema de monitoramento e trabalhos correlatos.

No capítulo 3 é fornecida uma abordagem rápida sobre alguns conceitos básicos

na comunicação de dados.

O capítulo 4 versa sobre transmissões de dados sem fio, enfocando alguns

detalhes dos diversos sistemas existentes, inclusive os equipamentos.

4

Encontram-se, no capítulo 5, conceitos, características e equipamentos utilizados

na transmissão por rádio freqüência.

Informações referentes à placa microcontrolada, módulos de transmissão e

recepção de RF e do protótipo de software são abordados no capítulo 6.

No capítulo 7 relata-se a conclusão do trabalho, contendo as dificuldades

encontradas e algumas propostas para o aperfeiçoamento do sistema de monitoramento

de carros de competições, utilizando rádio freqüência.

5

2 SISTEMA DE MONITORAMENTO

O crescimento da competitividade mundial forçou as empresas a produzirem com

uma qualidade cada vez maior e com um custo e um tempo de fabricação cada vez mais

baixo, isso resultou em um aumento da demanda por sistemas de monitoramento,

controle e automação.

A monitoração tem sido aplicada geralmente em partes específicas de

equipamentos como uma forma de captura dos dados. A monitoração pode ser usada para

muitas finalidades. A mais óbvia é para determinar a condição do equipamento.

A coleta dos dados (monitoração) a partir dos IEDs podem trazer diagnósticos

precisos sobre os equipamentos. A monitoração é a base para o diagnóstico. Sem o

diagnóstico, os dados medidos seriam apenas dados.

A monitoração pode ser feita através de duas maneiras: off-line que inclui uma

forma manual de inspeções periódicas, requerendo muitas vezes, que o equipamento

esteja desligado para coletar as informações. On-line ou contínua permite adquirir as

informações enquanto o equipamento estiver operando. Pode incluir alterações de status

e condições de alarme, sendo a mais prática e ágil. Um sistema de monitoração deve ser

desenvolvido para que o equipamento possa operar por um longo período de tempo e

com alta segurança, prolongando sua vida útil (Griebeler, 1996).

O objetivo principal de um sistema de monitoramento é de produzir resultados

adequados com o mínimo de supervisão humana (Griebeler, 1996).

Os benefícios obtidos através da implantação de um sistema de monitoramento

incluem: aumento da produtividade, eficiência nos processos, redução de erros

operacionais, melhoria nas condições de segurança, qualidade do serviço e redução de

custos com mão de obra.

Um mecanismo de controle é formado por dispositivos elétricos, mecânicos,

pneumáticos ou hidráulicos, presentes na malha de controle. Estes dispositivos podem

ser sensores, medidores, registradores, comparadores, filtros, amplificadores,

controladores, atuadores entre outros.

6

Entre os trabalhos correlatos pode-se citar: Protótipo de um sistema de aquisição

de dados utilizando rádio freqüência, apresentado por Jamundá (1998); Protótipo de um

sistema para controle de veículos, utilizando comunicação de dados via rádio freqüência,

apresentado por Behrens (2000) e Software para monitoramento e supervisão de

processos, apresentado por Griebeler (1996).

O sistema de monitoramento de veículos apresentado neste trabalho constitui-se

de um sistema integrado de hardware e software, no qual o processo de aquisição dos

dados do sistema é feito por uma placa microcontrolada, a transmissão dos dados é feita

por rádio freqüência e o processo de monitoramento é controlado pelo software.

7

3 COMUNICAÇÃO DE DADOS

A comunicação de dados tem como característica principal a troca de

informações entre dois ou mais elementos e teve sua origem na comunicação de dados

natural (voz). Conforme Tafner (1996) os aspectos que devem ser seriamente observados

em uma comunicação são:

a) fonte de transmissão (transmissor);

b) informação a ser transmitida;

c) canal ou meio de comunicação; e

d) destino da informação transmitida (receptor).

Segundo Neto (1998), a mensagem em sistemas de comunicação está baseada em

sistema binário, onde um bit é a menor unidade de representação. O bit é normalmente

usado para descrever as condições de existência de dois estados: ligado (representado

pela combinação binária “1”) ou desligado (representado pela combinação binária “0”),

onde com um conjunto de bits é possível representar uma letra, um número ou um

símbolo especial. Para tal representação, é utilizado um código padronizado denominado

ASCII. De acordo com Tafner (1996), o código ASCII utiliza sete bits na sua

representação o que resulta em 128 (27) combinações possíveis, sendo este um dos

códigos de representação mais utilizado em comunicação de dados.

Outra opção de código é o chamado EBCDIC, que utiliza oito bits na sua

representação, o que resulta em 256 combinações possíveis (28).

3.1 TRANSMISSÃO DE SINAIS

A transmissão de sinais através de sistemas de comunicação pressupõe a

passagem de sinais através dos meios físicos de comunicação que compõem a rede.

Existem dois tipos de sinais: analógicos e digitais.

Os computadores, por exemplo, são equipamentos que armazenam, processam e

codificam informações em bits que correspondem a dois níveis discretos de tensão ou

corrente, representando os valores “0” ou “1”. Chama-se esse tipo de informação de

digital, conforme mostra a fig. 1.

8

FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL DIGITAL

FONTE: (Pelisson 2000)

As informações geradas por fontes sonoras apresentam variações contínuas de

amplitude e freqüência, constituindo-se no tipo de informação que comumente

chamamos de analógica, conforme mostra a fig. 2.

FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO


3.2 TRANSMISSÃO DE DADOS

Segundo Tafner (1996), a transmissão de dados entre a fonte e o destino pode ser

realizado de duas formas: a transmissão serial e transmissão paralela.

Na transmissão serial os bits que representam uma informação são transmitidos

seqüencialmente, um a um, por um único meio físico. Esta forma de transmissão é a mais

utilizada na comunicação de dados entre computadores (Tafner 1996).

De acordo com Soares (1995), a transmissão serial, fig. 3, transferirá os dados em

velocidades menores do que a transmissão paralela, mas a fará muita menos suscetível a

qualquer condição ambiental predominante.

9

FIGURA 3 - TRANSMISSÃO SERIAL

FONTE: (Jamundá 1998)

Na transmissão paralela os bits que representam uma informação são transmitidos

simultaneamente, através de diversos suportes físicos em paralelo, ilustrados na fig. 4.

Esta forma de transferência é utilizada em curtas distâncias entre os computadores ou

ainda, para operações internas em um computador e na comunicação do computador com

periféricos (Tafner 1996).

FIGURA 4 - TRANSMISSÃO PARALELA


10

3.3 SENTIDO DA TRANSMISSÃO

Segundo Tafner (1996), o sentido da transmissão é a forma como o sistema

deverá se orientar, tanto para o envio como para a recepção dos dados via comunicação

serial. Existem diversas “propostas” de tecnologia, porém as mais implementadas são:

simplex, half-duplex e full-duplex.

Na proposta simplex os dados trafegam apenas em um sentido (Tarouco 1985),

não é possível retornar sinais de controle, indicando se a informação foi ou não recebida

com sucesso.

Na proposta half-duplex os dados podem ser enviados e recebidos, mas não ao

mesmo tempo. Caso ocorra erro de transmissão do dado, é possível solicitar a

retransmissão do mesmo.

A proposta full-duplex apresenta as mesmas características da half-duplex porém

os dados podem ser transmitidos simultaneamente.

Antes de iniciar a programação do canal serial deve-se definir que tipo de

comunicação será efetuado pelo programa, isto é necessário porque o modo simplex e

half-duplex não exigem necessariamente que a recepção seja atendida por interrupção. Já

para o modo full-duplex, não só é necessário como é fundamental. E, para estes casos, a

recepção por interrupção envolve recursos de programação mais elaborados (Tafner

1996).

3.4 VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO

Segundo Tafner (1996), a velocidade de transmissão diz respeito à quantidade de

informações transferida do transmissor para o receptor, num determinado intervalo de

tempo, isto é, o tempo em que os bits gerados em um computador levam para percorrer o

meio e serem recebidos em outro.

A velocidade de transmissão da informação é expressa em bps e em Mbps quando

operada em linhas de alta velocidade.

11

3.5 MODOS DE TRANSMISSÃO

Na transmissão de dados deve existir um mecanismo que defina e padronize o

sincronismo entre o transmissor e receptor, ou seja, que estabeleça o “ritmo” da

transmissão entre eles. Isto se faz necessário para que o sinal seja identificado

corretamente. Existem dois modos de transmissão: assíncrona e síncrona.

Nesta técnica de transmissão assíncrona não existe vínculo de tempo estabelecido

entre o transmissor e o receptor. O sincronismo é estabelecido na forma de bits de

controle, denominados, bits de início e de fim de transmissão, onde a cada byte

transmitido, o mesmo é iniciado pelo bit de início de transmissão e finalizado pelo bit de

fim de transmissão, são chamados de start bit e stop bit, conforme fig. 5.

FIGURA 5 - TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA

FONTE: (Microchip, 1998)

O ritmo de transmissão assíncrono, apesar da emissão de caracteres ser irregular,

possui um sincronismo dos bits que compõem o caractere (obtido pela identificação do

bit de início), pois o equipamento receptor deve necessariamente conhecer os instantes

que separam os bits dentro do caractere.

Na transmissão síncrona é estabelecido um ritmo entre transmissor e receptor

através de tempo. Este tempo, controlado pelo clock, determina um vínculo entre estes

dois elementos envolvidos no processo, que não pode ser violado.

Antes da transmissão do conjunto de caracteres, o equipamento transmissor envia

uma configuração de bits de sincronização com o objetivo de colocar o equipamento

receptor exatamente em sincronismo com o mesmo. Esta configuração de bits de

sincronização necessariamente deverá ser diferente de qualquer configuração de bits que

possa ser enviada no bloco da mensagem.

12

Um fator que encarece o custo dos equipamentos síncronos é a necessidade dos

mesmos possuírem buffers para os caracteres, que serão enviados em blocos e não

quando eles se tornam disponíveis, pois o fluxo de caracteres deve ser transmitido a uma

velocidade constante e tipicamente por pulsos de mesma duração (Soares 1995).

3.6 MEIOS DE TRANSMISSÃO

O meio de transmissão é, basicamente, um suporte físico por onde as informações

trafegam, durante o processo de comunicação. Os meios físicos mais implementados

como suporte para a transmissão são:

a) par trançado;

b) cabo coaxial; e

c) fibra óptica.

3.6.1 PAR TRANÇADO

O cabo par trançado blindado, fig. 6, normalmente combina quatro tipos de pares

de fios dentro da mesma capa externa. Cada par é trançado com um número diferente de

voltas por polegada. O trançamento cancela o ruído elétrico dos pares adjacentes, e tende

a evitar o de outros dispositivos existentes no ambiente, como motores, relés e

transformadores (Neto 1998). Suporta taxas de comunicação elevadas, atingindo 10

Mbps. Sua principal vantagem, em relação a outros meios, é o seu baixo custo,

entretanto, sofre influências eletromagnéticas e sua atenuação é diretamente proporcional

à distância (Tafner 1996).

FIGURA 6 - PAR TRANÇADO

FONTE: (Neto 1998)

13

3.6.2 CABO COAXIAL

É formado por um condutor cilíndrico, possuindo uma malha externa condutora

que também serve para protegê-lo de induções eletromagnéticas externas. É considerado

um meio de transmissão bastante seguro, caracterizado pelo alto grau de imunidade a

ruídos externos. Esta característica fez o cabo coaxial, mostrado na fig. 7, ser um meio de

transmissão muito utilizado, na comunicação de dados e nas redes locais de

computadores (Tafner 1996).

FIGURA 7 - CABO COAXIAL

FONTE: (Neto 1998)

3.6.3 FIBRA ÓPTICA

Os cabos de fibra óptica, fig. 8, são condutores de luz infravermelha na

freqüência de 1012 até 1015 Hz, portanto, estes não são afetados por correntes elétricas

externas. Cada cabo é composto por dois fios de vidro em capas separadas, pois cada fio

passa sinais apenas em uma direção. Cada capa tem um grupo de fibras de Kevlar, para

dar resistência e uma camada de plástico, que serve como reforço, ao redor do fio de

vidro (Neto 1998).

FIGURA 8 - FIBRA ÓPTICA

FONTE: (Neto 1998)

14

3.7 MODULAÇÃO

Segundo Pelisson (2000), a modulação constitui-se na técnica empregada para

modificar um sinal com a finalidade de possibilitar o transporte de informações através

do canal de comunicação e recuperar o sinal, na sua forma original, na outra

extremidade.

A necessidade de modulação se caracteriza quando a distância entre dois

equipamentos envolvidos na comunicação for, geograficamente, grande. Existem dois

tipos de modulação: a modulação analógica e a modulação digital. Estudos mais

avançados sobre modulação encontram-se em Behrens (2000).

3.7.1 MODULAÇÃO ANALÓGICA

O sinal transmitido deve chegar limpo ao receptor para que possa ser entendido

corretamente (Tafner 1996). Esta conversão pode ser feita de várias formas, realizada

através das características básicas da onda. Portanto, as técnicas de modulação de sinais

analógicos são divididas em amplitude e freqüência.

3.7.2 MODULAÇÃO DIGITAL

A modulação digital usa o recurso de codificação de pulsos, também chamada de

modulação discreta ou codificada. Utilizada em casos em que se está interessado em

transmitir uma forma de onda ou mensagem, ou um conjunto finito de valores discretos

representando um código.

3.8 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

O termo protocolo refere-se a um conjunto de regras que definem uma tarefa ou

processo na computação. Portanto, um protocolo de comunicação é um conjunto de

regras que regem o processo de comunicação de dados. As principais características dos

protocolos se referem ao estabelecimento da conexão e enlace entre os equipamentos, a

transferência de dados e a consistência. O formato deste protocolo obedece ao seguinte

empacotamento conforme mostra a fig. 9.

15

FIGURA 9 - PROTOCOLO

Cabeçalho Mensagem Consistência

a) cabeçalho: são as informações de controle do pacote;

b) mensagem: campo contendo as mensagens que serão transmitidas;

c) consistência: são caracteres para verificação de erros.

Existem diversas propostas de protocolos, quanto ao controle durante o processo

de comunicação os protocolos podem ser classificados em: protocolos orientados a byte

(caracter) e protocolos orientados a bit.

De acordo com Tafner (1996), protocolos proprietários orientados a byte são

assim denominados por possuírem todos os seus controles (regras) através de caracteres

de controle no tráfego das mensagens. Como exemplo desta família de protocolos temos

o protocolo BSC que teve origem na IBM, possuindo versões ponto-a-ponto e

multiponto. Suas características são:

a) síncrono;

b) utiliza método CRC;

c) permite blocagem de dados;

d) buffer de dados variável;

e) permite transmitir de modo transparente;

f) orientado a conexão;

g) formato de mensagem padronizada.

A fig. 10 mostra um exemplo de protocolo.

FIGURA 10 - PROTOCOLO BSC (PONTO-A-PONTO/BSC-1)

SYN STX DADOS ETX CRC

Sentido da transmissão:

A tabela 1 mostra os caracteres utilizados nos protocolos orientados a byte.

TABELA 1 - CARACTERES DE CONTROLE

16

Caracter de controle Descrição ENQ Estabelece conexão.

ACK Confirma recepção.

NACK Recepção com erros / solicita retransmissão.

EOT Fim da transmissão.

ITB Caracter que informa ao receptor que os dados transmitidos estão blocados.

ETB Caracter que informa ao receptor que terminou a blocagem dos dados.

DLE Caracter que identifica a transmissão em modo transparente.

WACK Significa que está solicitando um tempo (w = wait).

SYN Caracter de sincronismo.

STX Início de texto.

ETX Fim de texto.

CRC Método de detecção de erro.

3.8.1 DETECÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS

Conceitualmente qualquer alteração da informação transmitida no meio de

transmissão, denomina-se de erro na transmissão de dados. A origem do erro pode

acontecer pelas diversas razões, porém a maior verdade sobre o tema é que os erros

sempre ocorrerão.

3.8.1.1 MÉTODO DA PARIDADE COMBINADA

A paridade vertical, denominada VRC, consiste em acrescentar um bit de

paridade para cada caractere transmitido. Neste método o autor define que o buffer de

transmissão (binário) será transformado numa matriz de "n" linhas e "n" colunas. Para

cada coluna desta matriz, aplica-se a técnica de paridade, que resultará numa cadeia de

bits, denominado de “bits de controle VRC”, que acompanhará os dados na transmissão.

A paridade longitudinal (ou paridade horizontal), denominada LRC, consiste em

acrescentar um bit de paridade para cada nível (posição) de bit dentro do byte de um

bloco, isto é, utiliza-se esta técnica de verificação de todos os bits do bloco de

mensagem, ou seja, tanto a estação transmissora como a receptora gera contadores de bits

ligados (1) para cada bloco de mensagem (Tarouco 1985).

Se após várias retransmissões (tipicamente 4) o erro ainda persistir, o terminal

solicita intervenção do operador. A utilização desses dois métodos (VRC+LRC) em

conjunto, dá-se o nome de paridade combinada. Alguns terminais têm a capacidade de

17

não somente detectar o erro, mas também de corrigi-lo, quando o bit errado for

devidamente identificado.

3.8.1.2 MÉTODO HRC

Neste método o buffer de transmissão será transformado numa matriz de "n"

linhas e de "m" colunas. Para cada linha desta matriz, aplica-se a técnica de paridade que

resultará numa cadeia de bits denominada de "bits de controle HRC", que acompanhará

os dados da transmissão.

3.8.1.3 MÉTODO CRC

Segundo (Tarouco 1985), o CRC, ou método de detecção polinomial é um

processo de checagem de erros permitindo que se detecte praticamente a ocorrência de

qualquer grupo de erros.

Neste método define-se que o buffer de transmissão seria transformado numa

expressão polinomial como ponto de partida, portanto, um buffer de “k” bits resultará

numa expressão polinomial de (k–1). O bit de mais alta ordem será (X k-1), o segundo

será (X k-2) e assim por diante até x 0, sendo:

a) P(X) = polinômio da informação a ser transmitido;

b) G(X) = polinômio gerador;

c) M(X) = grau de polinômio gerador = n.º de bits do CRC.

Além das propostas de técnicas de detecção de erros, existem algumas propostas

que oferecem a opção do receptor detectar e corrigir os eventuais erros detectados,

portanto, sem a solicitação da retransmissão.

A técnica mais conhecida e implementada, que propõe o referido conceito é

denominada de método Hamming. Este método define que o transmissor reformate o

buffer de transmissão, preservando as posições 1, 2, 4, 8, 16..., para que sejam

preenchidas com bits de controle a serem calculados pelo algoritmo definido.

18

3.9 COMUNICAÇÃO COM RS-232

A interface serial mais comumente utilizada nos microcomputadores é a RS-232-

C. Originalmente criada para facilitar a interconexão dos terminais e os equipamentos de

comunicação de dados.

Na interface RS-232-C os pinos mais comumente utilizados são três, sendo um

com a função de enviar e outro com a função de receber dados. Uns poucos pinos no

conector são absolutamente previsíveis conforme mostra a tabela 2.

TABELA 2 - PINOS PARA COMUNICAÇÃO

Pino Função

Pino 2 pino para a transmissão

Pino 3 pino para a recepção

Pino 5 circuito comum

No que diz respeito às características elétricas, o padrão RS-232C define

atualmente 4 níveis lógicos. As entradas têm definições diferentes dos dados. Para as

saídas, o sinal é considerado na condição de estado “1”, quando a tensão no circuito de

transferência, medida no ponto de interface é menor que –5V e maior que –15V, com

relação ao circuito de referência (terra). O sinal é considerado na condição de estado “0”,

quando a tensão for maior que +5V e menor que +15V, também com relação ao circuito

de referência (terra) (Tafner 1996).

Para as entradas, o sinal é considerado em condição de marca, ou estado “1”,

quando a tensão no circuito de transferência, medida no ponto de interface, é menor que

–3V e maior que –15V, com relação ao circuito terra. O sinal é considerado na condição

de espaço ou estado “0”, quando a tensão for maior que +3V e menor que +15V, também

com relação ao circuito terra. A região compreendida entre –3V e +3v é definida como

região de transição (Tafner 1996).

Durante a transmissão dos dados, a condição de marca é usada para descriminar o

estado binário “1”, e a condição de espaço é usada para discriminar o estado binário “0”

(Tafner 1996).

19

Esta interface define um protocolo. O padrão RS-232 define uma interface com

25 sinais (pinos), caracterizando o processo de transmissão serial, conforme mostra a fig.

11. Nove sinais são os mais utilizados, atualmente, nas implementações.

FIGURA 11 - CONECTOR DB25


Muitas aplicações utilizam a conexão direta via cabo para trocar informações

entre dois computadores. As utilidades vão desde o simples compartilhamento de

arquivos sem a utilização de placas de rede até o jogo entre dois adversários em

computadores diferentes.

Cada computador dispõe de pelo menos uma porta serial, o conector pode ser um

DB9 ou um DB25, conforme as figuras 11 e 12.

FIGURA 12 - CONECTOR DB9 - MACHO

FONTE: (Neto 1998)

20

3.9.1 USART

USART é um circuito integrado que controla a porta serial do microcomputador.

A principal característica não é apenas de converter os dados de paralelo para serial, mas

também acrescentar alguns bits de controle como bits de início, bits de terminação e bits

de paridade para o controle de erro.

Ela se encarrega de fazer com que o computador receba corretamente os bits de

informação que são transmitidos pela entrada da porta serial, e também de fazer com que

os dados de informação que saem do micro estejam corretos. Por exemplo, uma função

da USART é assegurar que os bits, na transmissão serial, estejam sempre com o mesmo

espaçamento no tempo, de forma a manter o sincronismo durante a comunicação.

As combinações dos bits de controle, fig. 13, definem na USART diversos modos

de operação que podem ser devidamente programados. Uma outra informação que deve

ser passada é o tamanho da palavra, podendo ser de 7 ou 8 bits.

FIGURA 13 - BITS DE CONTROLE DA USART

FONTE: (Soares 1995)

21

4 TRANSMISSÃO DE DADOS SEM FIO - WIRELESS

Transmissão de dados sem fio é uma modalidade de comunicação onde a

informação (dados e voz) é transmitida através da atmosfera por ondas eletromagnéticas

ou acústicas substituindo os meios físicos. Na maioria dos sistemas de redes sem fio em

uso são utilizadas ondas de rádio freqüência ou infravermelho (Valgas 1999).

Dividimos os dispositivos de redes sem fios nas seguintes categorias:

a) os que funcionam dentro de uma sala ou edifício;

b) os que funcionam dentro de uma cidade;

c) e os que funcionam ao redor do mundo.

Cada tipo de produto utiliza tecnologias diferentes e tem custos e velocidades de

operações diferentes, mas todos eles oferecem a capacidade de computação móvel ou

portátil para pessoas em trânsito.

Os sistemas sem fios locais se estendem de uma rede com fios para os

computadores portáteis (laptops, notebooks ou palmtops) dentro de uma sala ou edifício.

As redes sem fio ao redor do mundo podem utilizar satélites em órbita próxima da terra,

que podem capturar os sinais de baixa potência de redes móveis ou portáteis.

Sendo uma tecnologia ainda pouco utilizada, estas redes permitem a conexão de

estações de trabalho ou sistemas pessoais às redes locais através da comunicação sem fio.

Esta nova tecnologia traz muitos benefícios, dentre eles:

a) economia em relação à cabeamento (inexistente);

b) sua instalação é rápida , bem como sua manutenção;

c) é mais compreensível.

Geralmente as redes sem fio são utilizadas em ambiente de difícil instalação da

fiação (cabeamento), ou quando uma rede sofre freqüentes mudanças no ambiente, ou

quando é preciso somente montar uma rede provisória.

4.1 TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO

As redes sem fio com transmissão por infravermelho operam utilizando uma luz

infravermelha que transmitem os dados entre os dispositivos. A transmissão de dados por

22

infravermelho converte pulsos elétricos de dados em sinais de luz, e retornando a pulsos

elétricos no receptor (Valgas 1999).

A vantagem de se utilizar este tipo de transmissão é a economia de se usar uma

rede telefônica com linha dedicada para interconectar os dois locais e pela velocidade

que esta transmissão atinge, que comparada com outros tipos de transmissões sem fio, é

muito maior. Por outro lado, a segurança na transmissão é baixa, pois basta algo

interromper ou desviar o laser infravermelho dirigido para os dados transmitidos serem

perdidos ou a comunicação ser interrompida. Um exemplo de transmissão sem fio por

infravermelho é mostrado na fig. 14.

FIGURA 14 - TRANSMISSÃO POR INFRAVERMELHO

FONTE: (Behrens 2000)

4.2 TRANSMISSÃO A LASER

Similar à tecnologia infravermelho é necessário uma linha direta para o sinal, e se

esta linha é bloqueada, a transmissão é interrompida (Valgas 1999).

São geralmente utilizados para conexões ponto-a-ponto de longa distância, sendo

esta característica a que difere da transmissão por infravermelho. Tanto este tipo de

transmissão como por infravermelho, estão sujeitos a interferências climáticas que

podem interromper a transmissão.

4.3 TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS

A transmissão de rádio em freqüência de microondas, na faixa de 900 MHz até 30

GHz (geralmente 10, 13, 15 e 18 GHz), é uma alternativa para a comunicação de dados a

longa distância, com velocidades de 2 Mbps ou múltiplos. A transmissão de televisão e a

23

transmissão telefônica são exemplos de sistemas que utilizam esta técnica de

comunicação. Os dados são transmitidos através de antenas parabólicas montadas em

torres, ilustrada na fig. 15, sendo que, quanto mais alta for a antena, maior será o alcance

do sinal (Sousa 1996).

FIGURA 15 - TRANSMISSÃO POR RÁDIO MICROONDAS


O guia de onda é na realidade uma linha de transmissão, mas não um cabo coaxial

como na maioria dos sistemas de comunicação. Neste caso, é um tubo quadrangular ou

triangular feito de alumínio, que possibilita uma boa reflexão na superfície e evita ruídos

eletromagnéticos e interferências, ocasionados em geral, devido à distância típica, de 25

a 40 metros, entre uma antena e o equipamento de rádio. Em equipamentos leves com

torres pequenas e lugares com baixo ruído, o guia de onda pode ser um cabo coaxial de

alta qualidade.

A principal vantagem das microondas em relação ao cabo ou fibra, é que a

construção de duas torres é mais barato que a colocação do cabo ao longo de grandes

distâncias. Além disso, a manutenção de um sistema utilizando cabo é dificultosa, por

outro lado, as microondas estão sujeitas a interferências por fenômenos atmosféricos.

24

4.4 SISTEMA ALOHA POR RÁDIO DIFUSÃO

O sistema ALOHA da Universidade do Havaí foi o primeiro sistema de

computadores a empregar a técnica de radiodifusão ao invés de cabos ponto a ponto. Na

década de 70, quando o projeto foi implantado, as linhas telefônicas disponíveis na

ocasião eram caras e pouco confiáveis. Havia a necessidade de interligação de sub-redes

da universidade, que estavam espalhadas em quatro ilhas, ao Centro de Computação

principal em Oahu (Tanenbaum 1994).

A comunicação foi realizada através da instalação, em cada estação, de um

pequeno transmissor / receptor de rádio FM, com um alcance suficiente (30 km) para

comunicar-se com o transmissor / receptor do Centro de Computação. Mais tarde foi

introduzido um repetidor mais potente, aumentando o alcance, teórico, para 500 km

(Tanenbaum 1994).

O projeto foi realizado de forma não haver comunicação direta entre estações,

apenas de uma estação para o Centro de Computação e deste para uma estação. Foram

utilizadas duas faixas de freqüência: uma em 407.305 MHz para o tráfego no sentido

Centro-Estação, e outra em 413.475 MHz para o tráfego no sentido contrário. Possuía

uma taxa de transmissão de 9600 bps (Jamundá 1998) (Tanenbaum 1994).

A fig. 16 apresenta os elementos básicos do sistema ALOHA. Na instalação

central havia um computador (chamado Menehune) onde todos os dados que entravam

ou saiam, passavam por ele. O computador (Menehune) estava conectado ainda a outros

dois computadores (BCC 500 e IBM 370/158) e a outras duas redes (ARPANET E

PACNET). Cada estação possuía uma unidade de controle que armazenava dados e fazia

as retransmissões (Tanenbaum 1994).

25

FIGURA 16 - SISTEMA ALOHA DO HAVAÍ


O pacote utilizado pelo sistema ALOHA pode ser dividido em quatro partes,

conforme demonstra na tabela 3. Primeiro vem o cabeçalho de 32 bits contendo, entre

outras informações, a identificação do usuário e o comprimento do pacote. Em seguida,

uma soma de verificação de 16 bits para proporcionar maior confiabilidade. Após o

bloco dos dados, com até 80 bytes, seguidos por outra soma de verificação. Desse modo,

o tamanho máximo do pacote é de 704 bits. Assim, o tempo de transmissão para o maior

pacote, a uma taxa de 9600 bps é de 73 ms (Tanenbaum 1994).

TABELA 3 - PACOTE UTILIZADO NO SISTEMA ALOHA

Cabeçalho Soma de verificação do

cabeçalho

Bloco de dados Soma de verificação dos

dados

32 bits 16 bits com no máximo 80 bytes 16 bits

Quando uma estação tinha dados a enviar, ela simplesmente fazia a transmissão.

Ao receber os dados corretamente, a central enviava uma mensagem de confirmação para

a estação.

Se a estação não recebesse a confirmação dentro de um intervalo de tempo

predefinido (entre 200 e 1500 ms), assumia que o pacote enviado tinha sofrido uma

colisão e retransmitia os dados (Tanenbaum 1994).

26

5 RÁDIO FREQÜÊNCIA

Ondas de rádio, conhecidas também por ondas hertezianas, são ondas

eletromagnéticas geradas por dispositivos eletro-eletrônicos, que se propagam a uma

velocidade aproximada de 300.000 Km/s no vácuo, independente do valor de sua

freqüência. A freqüência, por sua vez, é o inverso do comprimento da onda, que equivale

à distância que separa duas cristas consecutivas do campo elétrico, conforme demonstra a

fig. 17 (Dorman 2001).

FIGURA 17 - ONDAS DE RÁDIO

FONTE: (Dorman 2001)

Para transformar os sinais elétricos provenientes de transdutores em sinais

adequados para a transmissão por meio de ondas eletromagnéticas, utilizam-se circuitos

moduladores, que são essenciais nos transmissores de rádio. Os moduladores são

circuitos utilizados com a finalidade de incorporar as informações a um sinal de alta

freqüência, controlando uma de suas características: a amplitude, a freqüência ou a fase

(Dorman 2001).

O sinal corresponde à informação e os sinais de alta freqüência são chamados,

respectivamente, de sinal modulante e portadora, sendo este último proveniente de um

circuito oscilador. O sinal modulante é o próprio sinal que se deseja transmitir, mas, que

devido às suas características de baixa freqüência, deve ser superposto a uma onda

portadora de freqüência mais alta, de tal forma que possa se propagar através dos meios

físicos de transmissão (Dorman 2001) e (Soares 1995). Tanto a portadora quanto o sinal

modulado são denominados sinais de rádio freqüência (RF), devido ao uso intensivo da

modulação nos sistemas de comunicação via rádio.

27

Para recuperar-se a informação incorporada ao sinal modulado, os receptores

de rádio utilizam circuitos demoduladores, que operam segundo os princípios utilizados

nos moduladores (pelo menos quando se tratar de sinais modulados em amplitude). Para

demodulação, é necessário aplicar-se o sinal modulado, mais a portadora, num

demodulador, para que na saída obtenha-se o sinal modulante.

A faixa de freqüência reservada a um sistema de comunicação é chamada de

canal de radio freqüência, ou simplesmente de canal. Para que a recepção ocorra sem

interferências, é essencial que não existam dois sinais ocupando o mesmo canal, numa

mesma região. Para regulamentar a operação dos sistemas de comunicação via rádio,

com o mínimo de interferência mútua, existem em todos países, órgãos incumbidos da

tarefa de controlar a ocupação do espectro de radio freqüência. Esses órgãos são, quase

todos, membros do Comitê Consultivo Internacional de Radio Comunicações (CCIR),

com sede na Suíça. No Brasil, atualmente, o órgão responsável por este serviço é o

Ministério das Comunicações (Dorman 2001).

5.1 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

A comunicação através de rádio está relacionada com a existência de uma onda

eletromagnética (OEM) interligando uma estação transmissora a uma ou mais estações

receptoras. A estação transmissora é normalmente composta por um transmissor (Tx) que

gera energia de radio freqüência (RF), uma linha de transmissão (LT) que serve para

conduzir a energia de RF produzida pelo transmissor e uma antena que transforma essa

energia numa onda eletromagnética. A estação receptora é composta por uma antena,

uma linha de transmissão e um receptor. A finalidade da antena receptora é extrair uma

parte da energia da OEM e transformá-la em energia de RF que é conduzida, através da

linha de transmissão, até o receptor, onde é devidamente processada (Nascimento 1996).

A OEM procedente de uma antena se expande em todas as direções. Esta

propagação avança sobre a superfície da terra (onda terrestre) e pela atmosfera (onda

espacial). A onda terrestre diminui de “força”, gradativamente, à medida que se distancia

da antena emissora, devido aos obstáculos (montanhas, edifícios, absorção pela terra

etc.), sendo empregada nas comunicações de pequeno alcance, em altas freqüências e

com baixa potência.

28

Quando uma OEM se propaga na superfície terrestre, ou seja, em condições

adversas aquelas do espaço livre, percebe-se a ocorrência de reflexão, refração e difração,

de forma semelhante ao que ocorre nas ondas da luz, descontadas as diferenças em

virtude dos comprimentos de onda serem desiguais (Nascimento 1996).

A reflexão, fig. 18, depende da existência de uma superfície condutora. A relação

entre a intensidade da onda refletida e da onda incidente é chamada de "coeficiente de

reflexão" e varia de zero, para isolantes, até 1, para condutores perfeitos.

FIGURA 18 - FENÔMENO DA REFLEXÃO


A refração (também chamada de reflexão ionosférica), fig. 19, é causada pela

variação da densidade da camada ionosférica (mínima na região limite e máxima na

região central). Esse mecanismo é amplamente aproveitado na comunicação em ondas

curtas.

FIGURA 19 - REFLEXÃO IONOSFÉRICA

29


A ionosfera constitui uma parte da atmosfera terrestre, repleta de elétrons livres

devido à ionização. Isto faz modificar a propagação das ondas de rádio que passam por

esta camada (65 a 560 Km acima da terra) (Dorman 2001).

A difração, representada na fig. 20, é um fenômeno que pode ser explicado pelo

uso do princípio de Huygens. De acordo com esse princípio, quando as frentes de onda

atingem um obstáculo de dimensões comparáveis (ou menores) que seu comprimento,

elas o contornam. Por isso, a uma certa distância atrás do obstáculo é possível a captação

dos sinais de rádio (Nascimento 1996) (Dorman 2001).

FIGURA 20 - DIFRAÇÃO DA ONDA DE RÁDIO


5.2 DISTORÇÃO, RUÍDO E INTERFERÊNCIA

A distorção é, geralmente, uma deformação introduzida no sinal devido à falta de

linearidade da curva característica de um dispositivo eletrônico, como um transistor,

diodo ou transformador. Pode ser também causada pela variação do ganho dos circuitos

em função da freqüência de sinal.

O ruído é uma perturbação introduzida por uma fonte qualquer, podendo ser

interna ou externa ao circuito. A quantidade de distorção e ruídos gerados pelo

equipamento eletrônico podem ser controladas mediante um cuidadoso projeto de

circuitos. Como o grau de contaminação pelo ruído depende do nível do sinal, o uso de

potências elevadas na transmissão e a redução da distância entre as estações, sempre que

possíveis, ajudam a reduzir o problema (Nascimento 1996).

30

A interferência é uma perturbação causada, quase sempre, por uma outra emissão

de rádio, no mesmo canal do sinal desejado ou num adjacente. Outras fontes de

interferência são as escovas das máquinas elétricas e as lâmpadas de descarga gasosa.

Ambas geram grande quantidade de ruídos, principalmente em freqüências mais baixas

(Nascimento 1996).

5.3 CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO

A propagação das ondas eletromagnéticas nas proximidades do solo depende da

freqüência e do percurso. As tabelas 4 e 5 mostram as principais características nas

diversas faixas de freqüência (Jamundá 1998) (Nascimento 1996).

TABELA 4 - CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO

SIGLA FREQÜÊNCIA COMPRIMENTO DA

ONDA

FAIXA DE

FREQÜÊNCIA

VLF Muito baixa 10 a 100 km 3 kHz a 30 kHz

LF Baixa 1 a 10 km 30 kHz a 300 kHz

MF Média 100 a 1000 m 300 kHz a 3 MHz

HF Elevada 10 a 100 m 3 MHz a 30 MHz

VHF Muito alta 1 a 10 m 30 MHz a 300 MHz

UHF Ultra elevada 10 a 100 cm 300 MHz a 3 GHz

SHF Super elevada 1 a 10 cm 3 GHz a 30 GHz

EHF Extremamente elevada 0.1 a 1 cm 30 GHz a 300 GHz

TABELA 5 - PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE RÁDIO

FREQÜÊNCIA MODO DE

PROPAGAÇÃO ALCANCE

VARIAÇÃO

DA ONDA

Menor do que 3 MHz

(VLF, LF e MF)

Ondas terrestres

(é usada exclusivamente

a polarização vertical)

Inversamente

proporcional à

freqüência do sinal.

Pequena

Entre 3 MHz e 30

MHz (HF)

Ondas ionosféricas (nas

freqüências mais

elevadas)

Proporcional à

freqüência.

Depende da

hora do dia e

estação do ano

Acima de 30 MHz Ondas diretas. Depende da altura das Muito

31

(VHF, UHF, SHF e

EHF).

antenas pequena

5.4 EQUIPAMENTOS DE RÁDIO

Um equipamento de rádio é utilizado com a finalidade de transmitir ou receber

mensagens e outras espécies de informações por intermédio de ondas eletromagnéticas.

Os equipamentos de rádio mais comuns são os transmissores, os receptores e os

transceptores, sendo este uma combinação dos dois primeiros (Nascimento 1996).

O transmissor de rádio é um equipamento eletrônico especificamente projetado

para gerar sinais modulados, com freqüência e nível de potência compatível com a

distância a ser alcançada pela transmissão. Os transmissores devem executar três funções

básicas: geração da portadora, sua modulação e a amplificação do sinal modulado.

O receptor de rádio é um equipamento cuja finalidade é a recepção de sinais

modulados de rádio freqüência. Isso exige que os receptores de rádio possuam, pelo

menos, duas características: seletividade e sensibilidade. A seletividade é a capacidade de

discriminar sinais de diferentes freqüências, que é obtida pelo uso de filtros. Já a

sensibilidade, é a capacidade de operar com sinais de pequena intensidade, adquirida

através do uso de amplificadores. Além de selecionar e amplificar o sinal, os receptores

devem proceder a sua demodulação (Soares 1995) (Nascimento 1996).

32

6 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO

O projeto do software se destina a monitoração do estado das seguintes variáveis

digitais: nível de combustível, acionamento do freio, nível do óleo e carga da bateria e a

variável analógica identificará a temperatura do motor.

Estas variáveis foram escolhidas devido a facilidade de encontra-las na grande

maioria dos carros de competições.

Para aquisição destes dados, conforme fig. 21, são necessárias as seguintes

adaptações no carro: fazer uma ligação em paralelo para adquirir os dados junto ao painel

de instrumentos para as variáveis combustível, bateria e óleo. Uma ligação com a

“cebolinha” para medir a temperatura e uma ligação ao sensor de acionamento do freio.

FIGURA 21 - ESQUEMA DE LIGAÇÃO DAS VARIÁVEIS

Combustível -

Bateria -

Freio -

Óleo -

Temperatura -

PLACA PICLAB 4A

Conectados através dos pinos de expansão existentes.

Veículo

monitorado

O protótipo do sistema apresentado tem por objetivo o estudo da implementação

de microcontroladores e da tecnologia de comunicação de dados via rádio freqüência,

resultando em um software para monitoramento de carros de competições.

6.1 ESPECIFICAÇÃO E FERRAMENTAS UTILIZADAS NA IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO.

Para a especificação deste protótipo, utiliza-se a estrutura de dados através de

diagramas de bloco, diagramas hierárquicos e fluxogramas. O modelo comportamental é

33

um modelo que indica o que o sistema deve fazer para interagir satisfatoriamente com

ambiente externo.

O protótipo de software foi implementado utilizando a linguagem de programação

Object Pascal no ambiente Borland Delphi 5. O Delphi é um ambiente para a criação de

aplicações para ambiente Windows que utiliza a metodologia de programação baseada

em eventos (Cantú 2000).

Para a representação dos diagramas, fluxogramas e estrutura dos processos foi

utilizada a ferramenta SmartDraw conforme Smartdraw(2002).

A fig. 22 está representando os módulos presentes no sistema. O módulo-1 é

responsável pela aquisição dos dados utilizando um microcontrolador PIC16F877, o

módulo-2 converte o sinal para nível TTL através da utilização do MAX-232, a

transmissão de RF é feita pelo módulo-3, a recepção do sinal RF é feita pelo módulo-4, o

módulo-5 converte o sinal para nível RS-232 utilizando o MAX-232 e o módulo-6 faz o

monitoramento através de protótipo de software desenvolvido.

FIGURA 22 - DIAGRAMA EM BLOCOS DO PROTÓTIPO

MÓDULO-1MÓDULO-6

MONITORAÇÃOTRANSMISSOR

DE RFRECEPTOR

DE RFCONV.

TTLCONV. RS-232

432 5

Na fig. 23, observa-se o diagrama dos processos do módulo-6, que é responsável

pelo monitoramento. Este módulo é executado em um microcomputador tipo PC

utilizando a porta serial para o recebimento dos dados.

34

FIGURA 23 - DIAGRAMA DOS PROCESSOS DO SISTEMA

O fluxograma da aquisição dos dados, fig. 24, demonstra cada etapa realizada no

veículo para aquisição dos dados, desde a leitura das variáveis até o envio das mesmas.

FIGURA 24 - FLUXOGRAMA DA AQUISIÇÃO DOS DADOS

Veículo

Monta pacote

Início

Lê "comb"

Lê "óleo"

Lê "batt"

Lê "freio"

Lê AD“Temp”

Envia RF

Sistema para monitoração de carros de competições via rádio freqüência

CONFIGURAR MONITORAR

COMBUSTÍVEL TAXA DE RX PORTA SERIAL

GRAVAR DADOS

35

O fluxograma da monitoração, fig. 25, descreve a rotina de processamento dos

dados no software de monitoramento.

FIGURA 25 - FLUXOGRAMA DA MONITORAÇÃO Software de

Monitoramento

Chegaram dados ?

Trata / Identifica os dados

N

S

Dados chegaram corretos ?

Variável comb=1 ?

N

S

Variável batt = 1 ?

N

N

Exibe problemas com "comb"

Exibe problemas

com "batt"

Variável freio = 1 ?

S

S

Exibe problemas com "freio"

Variável óleo = 1 ?

S

S

N

N Exibe problemas com "óleo"

Exibe valor A/D (temp)

Início

Botão "Ativar" Fim N

S

Ler buffer de Rx na porta serial

Ler dados da conversão A/D

Atualiza telas e grava dados

36

6.2 O MÓDULO-1

O módulo-1, responsável por capturar as variáveis do meio, consiste de uma placa

microcontrolada baseada em um PIC16F877.

Esta placa é produzida por Silva Júnior (1997) com a denominação de PICLAB

4A, fig. 26, foi escolhida por permitir a gravação e execução de seus programas

diretamente na placa, sem a necessidade de utilizar outro gravador para o

microcontrolador. A seguir algumas características técnicas:

a) entrada AC/DC 13V ~ 17V;

b) clock a cristal de 4 MHz;

c) circuito de reset manual;

d) soquetes de 18, 28 e 40 pinos para famílias 16CXXX e 16FXXX;

e) 6 teclas NA na porta A;

f) 8 leds na porta B;

g) soquete para display LCD padrão HD44780 Hitachi, interface 4 bits;

h) soquete de expansão (cabo padrão IDE);

i) 1 potenciômetro para gerar sinal analógico de 0 à 5V em RA0;

j) 2 teclas com divisores de tensão em RA1;

k) 555 astável para gerar sinais de interrupção (RB0) ou contador (RA4);

l) compatível com MAX232 para comunicação serial por hardware (USART) ou por software;

m) hardware de gravação pela porta paralela;

n) chaves comutadoras gravar/executar.

37

FIGURA 26 - PLACA PICLAB 4A

FONTE: (Silva Júnior, 1997)

6.3 MICROCONTROLADOR PIC16F877

O microcontrolador utilizado no desenvolvimento deste trabalho é o PIC16F877.

Segundo Microchip (1998) este microcontrolador apresenta 40 pinos, entradas e saídas

analógicas e digitais entre outras características apresentadas na tabela 6. O diagrama de

bloco representando a estrutura de hardware encontra-se em ANEXO 1.

TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MICROCONTROL ADOR

PICmicro™ Mid-Range Reference – Manual (DS33023) PIC16F877

Freqüência de operação DC – 20 MHz

Resets (and Delays) POR, BOR, (PWRT, OST)

Memória FLASH (14-bit words) 8K

Memória de dados (bytes) 368

Memória de dados EEPROM 256

Interrupções 14

Portas de I/O Portas A, B, C, D, E

Comunicação serial MSSP, USART

Comunicação paralela PSP

10-bit Analog-to-Digital Module 8 canais de entrada

Set de instruções 35 Instruções

38

Para a implementação do software no microcontrolador, fig. 27, foi usada a

linguagem de programação Basic utilizando o PicBasicPro, que disponibiliza rotinas para

a transmissão de dados serialmente, rotina para a transmissão via rádio freqüência e

também pela facilidade de manipulação (Microengineering, 1998). Este compilador gera

a saída de arquivos no formato hexadecimal para fazer a gravação do microcontrolador

(Microengineering 1998).

FIGURA 27 - MICROCONTROLADOR PIC16F877


6.4 MÓDULO DE TRANSMISSÃO TWS-315

A transmissão dos dados via rádio freqüência é feita pelo modelo TWS – 315 da

Wenshing (2001), fig. 28. Este módulo transmissor de rádio freqüência necessita de uma

antena externa para a propagação das ondas de rádio. As principais características do

módulo transmissor de dados por rádio freqüência estão detalhados nas tabelas 7 e 8.

FIGURA 28 - MODULO DE TRANSMISSÃO TWS-315

FONTE: (Wenshing 2001)

39

TABELA 7 - PINOS DO TRANSMISSOR TWS-315

Pinos (1, 2, 3...) Função

Pino 1 VCC

Pino 2 VCC

Pino 3 GND (terra)

Pino 4 GND (terra)

Pino 5 Saída RF

Pino 6 Entrada de dados (TTL)

TABELA 8 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO TRANSMISSOR TWS-315

Características MIN MAX Unidade

Tensão para funcionamento 1.5 12 V DC (volts)

Corrente para funcionamento 5 9 mA (miliamperes)

Freqüência de trabalho 300,0 433,92 Mhz (megahertz)

Velocidade de transmissão 1600 4800 Bps (bits por segundo)

Temperatura de operacionalização -25 +80 0C (graus Celcius)

Alcance da freqüência +/- 50 m (metros)

6.5 MÓDULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3

A etapa de recepção de rádio freqüência é feita através um módulo RWS-371-3

também de fabricação da Wenshing (2001), este módulo realiza a recepção garantindo a

integridade dos dados mesmo na presença de ruídos. O receptor, fig. 29, recebe as

oscilações de onda transmitidas, transforma estas oscilações em sinais de dados,

descartando as oscilações diferentes. Realiza a recepção a uma freqüência de 315 MHz.

As características técnicas do receptor estão descritas na tabela 9 e 10.

FIGURA 29 - MODULO DE RECEPÇÃO RWS-371-3

FONTE: (Wenshing 2001)

40

TABELA 9 - PINOS DO RECEPTOR RWS-371-3

Pinos Função

Pino 1 GND (terra)

Pino 2 Saída digital (TTL)

Pino 3 Saída analógica

Pino 4 VCC

Pino 5 VCC

Pino 6 GND (terra)

Pino 7 GND (terra)

Pino 8 Antena

TABELA 10 - CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO RECEPTOR RW S-371-3

Características MIN MAX Unidade

Tensão para funcionamento 4.9 5.1 V DC (volts)

Corrente para funcionamento 4.5 4.5 mA (miliamperes)

Freqüência de Trabalho 300 434 Mhz (megahertz)

Temperatura de operacionalização -25 +80 0C (graus Celcius)

6.6 MAX 232

Os módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência utilizados não podem

ser conectados diretamente a porta serial, devido às características da RS-232. Para

compatibilizar a comunicação foi utilizado um componente, fig. 30, que realiza a

conversão da comunicação padrão TTL para RS-232, ou seja, do sinal elétrico 0V e +5V

para +12V e –12V, e vice-versa, conforme descrito no item 3.9.

41

FIGURA 30 - MAX 232


6.7 IMPLEMENTAÇÃO DO PROTÓTIPO

Na tabela 11 são mostradas as variáveis utilizadas com as respectivas portas de

leitura e a numeração dos pinos no microcontrolador PIC16F877.

TABELA 11 - CONFIGURAÇÃO DAS VARIÁVEIS

Variável Estado Porta Nro do pino no PIC

Temperatura Analógica Porta A.0 Pino 2

Combustível Digital Porta A.1 Pino 3

Bateria Digital Porta A.2 Pino 4

Freio Digital Porta A.3 Pino 5

Óleo Digital Porta A.5 Pino 7

Para a realização dos testes foram utilizadas as teclas conectadas na porta “A”

existente na placa PICLAB 4A. As variáveis digitais foram simuladas através do

acionamento das referidas teclas. A variável analógica, temperatura do motor, foi

simulada com um potenciômetro ligado através de um jumper na porta “A.0”, conforme

fig. 31.

42

FIGURA 31 - SERIGRAFIA DA PICLAB 4A


Os pontos assinalados na fig. 31 representam:

a) na letra “A” tem-se as teclas que fazem a simulação das 4 variáveis digitais;

b) na letra “B” encontra-se o potenciômetro responsável pela simulação da

variável analógica temperatura;

c) na letra “C” é o conector de expansão para a entrada e saída dos dados;

d) na letra “D” é encontrado o componente que seleciona a serial por hardware

ou software;

e) na letra “E” encontra-se o soquete para colocação do microcontrolador;

f) na letra “F” são apresentados os leds para representação e testes dos sinais;

g) na letra “G” temos as chaves de comutação que alternam entre gravar e

executar o programa do microcontrolador.

Na fig. 32, é apresentado o esquema das ligações das teclas na PICLAB 4A, as

teclas estão descritas como: S0, S1, S2, S3, S4 e S5. Para o funcionamento das mesmas

faz-se necessário à ligação através do componente DIP1.

43

FIGURA 32 – ESQUEMA DAS TECLAS NA PICLAB 4A


Com a ligação do jumper “JP2”, pode-se utilizar o potenciômetro representado

em “AD0” através do canal “RA0” ambos presente na PICLAB 4A, conforme fig. 33.

FIGURA 33 - ESQUEMA DO POTENCIÔMETRO NA PICLAB 4A

Fonte: (Silva Júnior, 1997)

A PICLAB 4A possui um componente DIP2 que disponibiliza a serial por

hardware nos pinos RC6 e RC7 ou por software nos pinos RB0 e RB1, vide fig. 34.

44

FIGURA 34 - ESQUEMA DA RS-232 DA PICLAB 4A


A rotina denominada “monta pacote”, descrita no fluxograma de aquisição dos

dados, fig. 24, é responsável por gerar a seqüência dos bits que serão transmitidos

serialmente via rádio freqüência. Essa rotina pode ser vista na fig. 35 através na instrução

“SEROUT2”, que tem como parâmetros: a porta de saída, a taxa de transmissão, o

código JUNK, o código SYNCH, os 4 bits das variáveis digitais, um caracter separador, 2

bits do registrador ADRESH e 8 bits do registrador ADRESL. Estes últimos 10 bits (2 +

8) são os bits correspondentes a conversão analógica feita pelo microcontrolador

PIC16F877.

O código “JUNK” é enviado no início do bloco para garantir que a portadora

esteja estável durante a transmissão. O código “SYNCH” é um caracter de sincronismo,

neste caso, o caracter “A”, e “BAUD” é a taxa que será usada pelo microcontrolador para

fazer a transmissão.

45

FIGURA 35 - CÓDIGO FONTE DA IMPLEMENTAÇÃO NO PIC16F 877

serial var PORTB.0 ' porta onde sera feita a Tx. oleo var PORTA.5 ' porta que recebe status da var freio var PORTA.3 ' porta que recebe status da var batt var PORTA.2 ' porta que recebe status da var comb var PORTA.1 ' porta que recebe status da var saida var BYTE ' calcula valor a ser Tx (variaveis)

JUNK CON 126

SYNCH CON "A"

BAUD CON 16780 ‘ taxa de 2400 bps

RCSTA = %10010000 TXSTA = %00100100 TRISB =%00000000 ' Set PORTB como saida TRISA =%00111111 ' Set PORTA como entrada ADCON1 = %10001110 ‘ Set reg. ADRES e porta AD. INTCON = $00

loop: ADCON0 = %01000101 ‘ Set clock, canal AD saida = 0 espera: If ADCON0.2 = 1 Then ' Ve se ja acabou conversao AD goto espera Endif

If comb = 1 then saida = 8 Endif If batt = 1 then saida = saida + 4 Endif If freio = 1 then saida = saida + 2 Endif If oleo = 1 then saida = saida + 1 Endif

SEROUT2 serial,BAUD,[JUNK,SYNCH,bin4 saida,"-", bin2 ADRESH,bin8 ADRESL] Goto loop

Após a execução da instrução SEROUT2 o dados a serem transmitidos possuem o

formato conforme fig. 36.

46

FIGURA 36 - FORMATO DOS DADOS TRANSMITIDOS

~ A 1 1 1 1 - 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0

Primeiro caracter transmitido é descartado enquanto a portadora não está estável,

sendo que os 4 bits após o caracter de sincronismo (A) correspondem seqüencialmente:

ao combustível, a bateria, ao freio e ao óleo. Os 10 bits após o caracter separador

condizem com o valor da temperatura.

A rotina “trata / identifica dados” que aparece no fluxograma de monitoração, fig.

25, é responsável por percorrer os dados recebidos verificando a consistência e então

repassando os valores das variáveis.

A rotina que inicializa o processo de monitoramento é vista no APÊNDICE, e

está descrita como “procedure TFrmPrinc.BtnAtivarClick” os eventos ativados nela

incluem: porta serial (cpCOM1), taxa de transmissão (br2400), componente

(CompSerial) que realiza a leitura dos dados recebidos na porta serial e o componente

“timer” dentre outros.

A “procedure TFrmPrinc.TimerTimer” é responsável pela leitura dos dados do

buffer, tratamento e identificação destes dados, atualização de status das variáveis

digitais, cálculo da variável analógica temperatura e inserção dos valores no gráfico.

Também realiza atualizações nas telas e controle de tempo de monitoração.

Ainda em “TFrmPrinc" são apresentadas as “procedures” que realizam a

gravação e a limpeza do componente “memo”, e a ativação do gráfico.

Em “TFrmGraf" tem-se as “procedures” para salvar, abrir e fechar gráficos.

6.8 OPERACIONALIDADE DO PROTÓTIPO

A tela principal , fig. 37, é demonstrada toda vez que se inicia o software, e nela

são apresentados o título do trabalho e o nome do acadêmico.

47

FIGURA 37 - TELA PRINCIPAL

Na tela configurar do protótipo de software, fig. 38, é possível selecionar a taxa

de recepção dos dados, a porta serial do computador e o combustível utilizado pelo

veículo.

Se escolhido o combustível álcool, a temperatura normal de funcionamento do

motor pode ir até 96ºC, se escolhido gasolina a temperatura é normal até 100ºC e óleo

diesel tem-se um valor de até 105ºC.

FIGURA 38 - TELA CONFIGURAR

A tela monitoração onde é feito o monitoramento do veículo, fig. 39, apresenta

as 5 variáveis que estão sendo monitoradas, 4 variáveis digitais sendo elas: nível de

combustível, acionamento do freio, nível do óleo e carga da bateria e 1 variável

48

analógica que representa a temperatura do motor, sendo esta mostrada através de uma

barra horizontal.

FIGURA 39 - TELA MONITORAÇÃO

Na tela acima, tem-se uma representação de um painel de carro onde pode-se

identificar as variáveis através dos indicadores. Cada indicador representa o estado da

variável, quando o indicador ficar na cor vermelha entenda-se que a variável está tendo

problemas. Para a temperatura tem-se um componente “gauge”, o mesmo ficará na cor

vermelha quando representar um valor superior ao indicado pelo uso de determinado tipo

de combustível, podendo ser 96º, 100º ou 105º Celsius.

Através de um click no botão “ativar” é iniciado o processo de monitoramento e

outro click no botão “desativar” encerra o mesmo. O led “Rx” na cor amarela indica

quando os dados estão sendo recebidos e na cor vermelha representa que os dados não

estão sendo recebidos naquele exato momento.

Na tela dados recebidos, fig. 40, são apresentados ao usuário os dados recebidos

pela porta serial do computador no formato binário. Têm-se as opções através dos

botões: de gravar esses dados, limpar o componente de armazenamento ou ainda a

visualização de um gráfico representando a temperatura do motor.

49

FIGURA 40 - TELA DADOS RECEBIDOS

A tela gráfico, fig. 41, representa a variação de temperatura no motor do veículo

monitorado, esta representação é feita através do componente gráfico VTChart do Delphi

5.0, que permite salvar e/ou abrir novos gráficos.

FIGURA 41 - TELA GRÁFICO

50

Abaixo do gráfico tem-se o tempo total de monitoramento naquele veículo, nome

do piloto e veículo utilizado, dados esses que foram configurados na tela configurar .

A tela sobre, fig. 42, utiliza-se para identificar o sistema, apresentar o

desenvolvedor do software e o orientador do trabalho.

FIGURA 42 - TELA SOBRE

6.9 RESULTADOS

Fazendo uma verificação no sistema de monitoração desenvolvido foram obtidos

os resultados apresentados na tabela 12, os quais demonstram a taxa de erro (média

aproximada) da recepção dos dados no processo monitorado.

TABELA 12 - VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE ERROS

Tempo de leitura Distância Repetições Erros Taxa de erro (%)

30 segundos 3 metros 4 1 1 %




A etapa de verificação de erros foi realizada no Laboratório de Informática

Industrial, no Departamento de Sistemas e Computação da FURB, ou seja, em um

ambiente interno, onde estão presentes outros equipamentos eletrônicos.

O cálculo da taxa de erro conseguiu-se através da contagem dos erros, divididos

pelo número total de dados recebidos (leitura) no intervalo de 30 segundos, valor este

que está compreendido entre 97 e 102 leituras.

51

7 CONCLUSÃO

O controle de carros de competições em muitas equipes no Brasil ainda é muito

deficiente. Este trabalho propôs uma solução para os problemas citados, bem como um

método para a realização, utilizando tecnologias para tornar este processo mais eficiente

e seguro.

Com o desenvolvimento do trabalho conseguimos automatizar o processo de

coleta e transmissão dos dados em um ambiente onde o objeto muda de posição

constantemente, para isso utilizou-se da tecnologia de transmissão de dados por rádio

freqüência, que esta em franca expansão em todo mundo.

O custo total dos módulos que foram utilizados é de aproximadamente R$

2.000,00. Para torná-lo um sistema comercial, seria preciso viabilizar um equipamento

que englobe as tecnologias utilizadas na placa microcontrolada que faz a aquisição de

dados, nos módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência e um software em um

microcomputador para realizar o monitoramento remoto.

7.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS

As maiores dificuldades encontradas foram em relação a ruídos e interferências

decorrentes da transmissão dos dados via rádio freqüência, o estudo e utilização pela

primeira vez, por parte do acadêmico, do microcontrolador PIC16F877 e a leitura dos

valores recebidos na porta serial através dos componentes utilizados no desenvolvimento

do protótipo de software.

O desconhecimento em eletrônica resultou em um maior tempo para a montagem

dos módulos de transmissão e recepção de rádio freqüência, conversão dos sinais TTL e

RS-232, aliados a pouca bibliografia específica no que trata de microcontroladores PIC.

7.2 LIMITAÇÕES

Apesar da ampla disponibilidade de portas de entrada e saída de dados do

microcontrolador, este trabalho limita-se em utilizar apenas 6 delas, sendo 5 de entrada e

1 de saída (comunicação serial). Outra limitação é referente a quantidade de carros

monitorados simultaneamente, onde está previsto inicialmente apenas para um carro.

52

7.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Seria interessante aperfeiçoar o protótipo para que ele monitore não apenas um

veículo, mas sim todos os carros de uma equipe.

Outra idéia interessante seria fazer com que sejam acoplados a este software,

módulos gerenciais que tenham um controle do desgaste dos pneus, consumo de

combustível, autonomia, velocidade e o tempo cronometrado de cada volta.

Implementar um procedimento que analise o valor da variável recebida para

verificar se não houve problemas na transmissão e recepção dos dados.

Pode-se incrementar ainda no sistema, utilizando a tecnologia GPS (Sistema de

Posicionamento Global), para registrar o trajeto realizado por cada veículo, detectando

assim o melhor posicionamento em uma determinada curva.

53

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BEHRENS, Thaisa Tatiana. Protótipo de um sistema para controle de veículos,

utilizando comunicação de dados via rádio freqüência. 2000. 71 f. Trabalho de

Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências da Computação) - Centro de Ciências

Exatas e Naturais, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

CANTÚ, Marco. Dominando o Delphi 5 – a bíblia. Tradução João E.N. Tortello. São

Paulo: Makron Books, 2000.

CUNHA, António. Electrónica Digital, Portugal, [2000?]. Disponível em:

<http://www.utad.pt/~digital2/Apoio/Software/PIC/Os_Pics.html>. Acesso em: 28 mar.

2002.

DORMAN, Andy. Wireless communication: o guia essencial de comunicação sem fio.

Tradução: Fábio Freitas. Rio de Janeiro: Campus, 2001.

GRIEBELER, César. Software para monitoramento e supervisão de processos. 1996.

87 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências da Computação) –

Centro de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

JAMUNDÁ, Teobaldo. Protótipo de um sistema de aquisição de dados utilizando

rádio freqüência. 1998. 63 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em

Ciências da Computação) – Centro de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Regional

de Blumenau, Blumenau.

MICROCHIP TECHNOLOGY INC. 28/40-pin 8-bit CMOS FLASH

Microcontrollers. Chandler, 1998.

MICROENGINEERING LABS INC. Picbasic pro compiler. Colorado:

microEngineering, 1998.

NASCIMENTO, Juarez do. Telecomunicações. São Paulo: McGraw-Hill, 1996.

NETO, Augusto; SANTANNA FILHO, João Ferreira de. Equipamentos de

interconexão de redes, Florianópolis, [1998?]. Disponível em:

54

<http://www.inf.ufsc.br/~jefepist-ine6401-joao_e_augusto-equipamentos.html>. Acesso

em: 07 abr. 2001.

NICOLOSI, Denys Emílio Campion. Microcontrolador 8051. São Paulo: Érica, 2000.

PELISSON, Luiz Augusto. Modulação, Curitiba, [2000?]. Disponível em:

<http://www.dainf.cefetpr.br/~pelisson/com03a.htm>. Acesso em: 08 abr. 2001.

SILVA JÚNIOR, Vidal Pereira da. Microcontroladores PIC: teoria e prática. São

Paulo: V. P. Silva Júnior, 1997.

SMARTDRAW INC. SmartDraw for flowcharts, org charts, forms and business

presentation, San Diego, [2002?]. Disponível em: <http://www.smartdraw.com>.

Acesso em: 28 mar. 2002.

SOARES, Luiz Fernando G. Redes de computadores: das LANs, MANs e WANs às

redes ATM. 2. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1995.

SOUSA, Lindeberg Barros de. Redes de transmissão de dados, voz e imagem. São

Paulo: Érica, 1996.

TAFNER, Malcon Anderson; LOESCH, Claudio; STRINGARI, Sérgio. Comunicação

de dados usando linguagem "C". Blumenau: FURB, 1996.

TANENBAUM, Andrew S. Redes de computadores. Tradução de PubliCare Serviços

de Informática. Rio de Janeiro: Campus, 1994.

TAROUCO, Liane M. R. Redes de comunicação de dados. 3 ed. Rio de Janeiro: LTC,

1985.

VALGAS, Jairo Anderson de. Protótipo de um sistema para transmissão de dados em

um ambiente Wireless utilizando a rádio freqüência. 1999. 76 f. Trabalho de

Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências da Computação) - Centro de Ciências

Exatas e Naturais, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

WENSHING Corporation. Wenshing electronics, Taipei, [2001?]. Disponível em:

<http://www.wenshing.com.tw>. Acesso em: 25 abr. 2002.

55

APÊNDICE procedure TFrmPrinc.BtnAtivarClick(Sender: TObject) ; begin If CompSerial.PortIsOpen then Showmessage ('Monitoramento já está ativo...') else begin If RdGPort.ItemIndex = 0 then CompSerial.CommPort := cpCOM1; If RdGPort.ItemIndex = 1 then CompSerial.CommPort := cpCOM2; If RdGPort.ItemIndex = 2 then CompSerial.CommPort := cpCOM3; If RdGPort.ItemIndex = 3 then CompSerial.CommPort := cpCOM4; If RdGBaud.ItemIndex = 0 then CompSerial.BaudRate := br2400; If RdGBaud.ItemIndex = 1 then CompSerial.BaudRate := br4800; If RdGBaud.ItemIndex = 2 then CompSerial.BaudRate := br9600; If RdGBaud.ItemIndex = 3 then CompSerial.BaudRate := br19200; CompSerial.OpenPort(CompSerial.CommPort); PnPrinc.Caption := 'Monitorando...'; TempoI := time; MemoDadosRx.Lines.Clear; MemoDadosRx.Lines.Add(EdNomePiloto.Text); MemoDadosRx.Lines.Add(EdMarcaCarro.Text); MemoDadosRx.Lines.Add(EdCidade.Text); MemoDadosRx.Lines.Add(DatetoStr(Data.Date)); Timer.Enabled := true; end; procedure TFrmPrinc.TimerTimer(Sender: TObject); var s, buf, analog : string; a, x, ad, temp, leit, TempMax : integer; calc : real; begin ad := 0; x := 0; temp := 0; leit := 0; TempMax := 0; buf := CompSerial.GetData; CompSerial.FlushRX; s := copy(buf,Pos('A',buf),length(buf));

56

if length(s) > 15 then begin LRx.Brush.Color := clyellow; if (s[1] = 'A') then begin if s[2] = '0' then TComb.Enabled := true else begin LComb.Brush.color := clgreen; TComb.Enabled := false; end; if s[3] = '0' then TBat.Enabled := true else begin LBat.Brush.color := clgreen; TBat.Enabled := false; end; if s[4] = '0' then TFreio.Enabled := true else begin LFreio.Brush.color := clgreen; TFreio.Enabled := false; end; if s[5] = '0' then TOleo.Enabled := true else begin LOleo.Brush.color := clgreen; TOleo.Enabled := false; end; analog := copy(s,(Pos('-',s)+1),(Pos('-',s)+10)); if length(analog) > 9 then begin for x := 1 to 10 do begin if ((analog[x] = '0') or (analog[x] = '1')) then leit := leit + 1; end; //Fim do for If (leit = 10) then begin if analog[1] = '1' then ad := ad + 512; if analog[2] = '1' then ad := ad + 256; if analog[3] = '1' then ad := ad + 128; if analog[4] = '1' then ad := ad + 64; if analog[5] = '1' then ad := ad + 32; if analog[6] = '1' then ad := ad + 16; if analog[7] = '1' then

57

ad := ad + 8; if analog[8] = '1' then ad := ad + 4; if analog[9] = '1' then ad := ad + 2; if analog[10] = '1' then ad := ad + 1; calc := ((ad*200)/1023); temp := trunc(calc); LbValTemp.Caption := inttostr(temp); GTemp.Progress := temp; lista.Add(inttostr(temp)); lista.Delete(0); for a := 1 to 22 do begin FrmGraf.Grafico.Column := a; FrmGraf.Grafico.Data := lista.Strings[a-1]; end; if RGTipoComb.ItemIndex = 0 then TempMax := 96; if RGTipoComb.ItemIndex = 1 then TempMax := 100; if RGTipoComb.ItemIndex = 2 then TempMax := 105; if (temp > TempMax) then begin TTemp.Enabled := true; GTemp.ForeColor := clRed; GTemp.BackColor := clGreen end else begin GTemp.ForeColor := clGreen; GTemp.BackColor := clSilver; LTemp.Brush.color := clgreen; TTemp.Enabled := false; end; end; end; If MemoDadosRx.Lines.Count > 500 then MemoDadosRx.Lines.Delete(4); MemoDadosRx.Lines.Add(s); end; end else LRx.Brush.color := clred; TempoF := time; FrmGraf.LbTempo.Caption := TimeToStr(TempoI - TempoF); end;

58

procedure TFrmGraf.BtSalvarGrafClick(Sender: TObjec t); begin If SaveGraf.Execute then Grafico.WriteToFile(SaveGraf.FileName); end; procedure TFrmGraf.BtOpenGrafClick(Sender: TObject) ; begin If OpenGraf.Execute then Grafico.ReadFromFile(OpenGraf.FileName); end; procedure TFrmGraf.BtFecharGrafClick(Sender: TObject); begin FrmGraf.Close; end; procedure TFrmPrinc.BtLimparClick(Sender: TObject); begin MemoDadosRx.Lines.Clear; end; procedure TFrmPrinc.BtGravarClick(Sender: TObject); begin If SaveRx.Execute then MemoDadosRx.Lines.SaveToFile(SaveRx.FileName); end; procedure TFrmPrinc.BtGraficoVarClick(Sender: TObje ct); begin FrmGraf.LbNomeGraf.Caption := EdNomePiloto.Text; FrmGraf.LbCarGraf.Caption := EdMarcaCarro.Text; FrmGraf.Show; end;

59

ANEXO 1:


protÓtipo de um sistema para...

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