sistema de monitoramento ambiental para empresas · ao invés do ventilador foi usado um...

UNICENP - Centro Universitário Positivo

Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas

Curso de Engenharia da Computação

SISTEMA DE MONITORAMENTO AMBIENTAL PARA EMPRESAS

Autor: Fernando Conceição

Banca Examinadora e/ou Avaliadora

Adriana Cursino Thomé

Marcelo Mikosz

Pedro Edson Ferlin

Curitiba

2004

i

SUMÁRIO

RESUMO ......................................................................................................................... 1

ABSTRACT ..................................................................................................................... 2

1. INDRODUÇÃO ....................................................................................................... 3

1.1 Introdução ao tema do projeto ................................................................................ 3

1.2 Motivação do Desenvolvimento............................................................................. 3

1.3 Situação do Projeto no Contexto Geral em que está Inserido ................................ 4

1.4 Metas a serem alcançadas....................................................................................... 4

2. DESCRIÇÃO ............................................................................................................... 5

3. ESTUDO TEÓRICO .................................................................................................. 11

3.1 Porta Paralela........................................................................................................ 11

3.2 Sensores ................................................................................................................ 12

4. ESPECIFICAÇÃO DO HARDWARE ........................................................................ 15

4.1 Diagrama de Blocos do Hardware........................................................................ 23

5. ESPECIFICAÇÃO DO SOFTWARE ......................................................................... 23

5.1 Diagrama de Contexto do Sistema ....................................................................... 23

5.2 Funções do Software ............................................................................................ 24

5.3 Linguagem de Desenvolvimento do Software...................................................... 25

5.4 Diagrama de Casos de Uso................................................................................... 25

5.5 Diagrama de Classes............................................................................................. 27

5.6 Diagrama de Sequência ........................................................................................ 29

5.7 Banco de Dados .................................................................................................... 38

5.8 Interface de comunicação do usuário ................................................................... 44

5.8.1 Controle manual do Sistema........................................................................... 45

5.8.1.1 Ativação e Desativação de Dispositivos Manualmente............................... 45

5.8.2 Valor lidos de temperatura e de umidade ....................................................... 46

5.8.3 Mudança de Parâmetros de Temperatura ....................................................... 47

5.8.4 Mudança de Parâmetros de Umidade ............................................................. 48

5.8.5 Estado dos Dispositivos................................................................................. 48

5.8.6 Banco de Dados .............................................................................................. 49

6. ESPECIFICAÇÃO DA VALIDAÇÃO DO PROJETO............................................. 49

6.1 Testes de software ................................................................................................ 49

6.2 Testes de hardware ............................................................................................... 50

ii

6.3 Validação do Projeto ............................................................................................ 50

7. ESTUDO DE VIABILIDADE (CUSTOS) ................................................................ 50

8. RESULTADOS .......................................................................................................... 53

9. CONCLUSÃO............................................................................................................ 54

10. CRONOGRAMA ..................................................................................................... 55

11. RERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS ............................................................................ 57

iii

LISTA DE ABREVIATURAS

BUS – Barramento de Dados;

CI – Circuito Integrado;

CPU - Central Processing Unit ;

DMA - Acesso Direto à Memória;

ECP - Enhanced Capabilities Port

E/S - Entrada / Saída;

FIFO – First In First Out;

I/O - Input / Output;

KB - Kilo (Quilo) Byte;

LPT - Line Prin Ter;

MB – Mega Bytes;

PC - Personal Computer ;

SPP - Standard Parallel Port;

TTL - Transistor-Transistor Logic ;

UML - Unified Modelling Language;

iv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Modulo do Sensor de Nível Superior e Inferior ................................. 7

Figura 2 – Módulo do Sensor de Fluxo .............................................................. 7

Figura 3 – Módulo de Sensor de Temperatura................................................... 8

Figura 4 – Módulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Úmido ............................ 9

Figura 5 – Módulo dos Dispositivos.................................................................. 10

Figura 6 – Módulo do Conversor Analógico / Decimal (ADC) .......................... 10

Figura 7 – Pinagem da Porta Paralela ............................................................. 12

Figura 8 – Circuito para ativar e desativar dispositivos pela porta paralela...... 16

Figura 9 – Esquemático de entrada e saída da porta paralela......................... 17

Figura 10 – Mensuração da Temperatura ........................................................ 19

Figura 11 – Mensuração de umidade............................................................... 21

Figura 12 – Indicador de Fluxo......................................................................... 22

Figura 13 – Detector de nível superior e inferior .............................................. 22

Figura 14 – Diagrama de Blocos do Hardware................................................. 23

Figura 15 – Diagrama de Contexto do Sistema................................................ 24

Figura 16 - Diagrama de Caso de Uso da Porta Paralela ................................ 26

Figura 17 – Diagrama de Caso de Uso do Usuário do Sistema....................... 27

Figura 18 – Diagrama de Classes do Sistema ................................................. 28

Figura 19 – Diagrama de Seqüência de Leitura dos Sensores de Nível .......... 29

Figura 20 Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Temperatura ...... 30

Figura 21 – Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Fluxo ............... 31

Figura 22 – Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Umidade ......... 32

Figura 23 – Diagrama de Seqüência da Bomba de Água (automática) ........... 32

Figura 24 – Diagrama de Seqüência do Ventilador (automático) ..................... 33

Figura 25 – Diagrama de Seqüência do Umidificador (aumomático) ............... 33

Figura 26 – Diagrama de Seqüência do Umidificador de Ar (manual) ............. 34

Figura 27 – Diagrama de Seqüência do Ventilador (manual)........................... 35

Figura 28 – Diagrama de Seqüência da Bomba de Água (manual) ................. 36

Figura 29 – Diagrama de Seqüência da Temperatura ..................................... 37

Figura 30 – Diagrama de Seqüência da Umidade............................................ 37

Figura 31 – Tabela Fluxo do Banco de Dados ................................................. 38

Figura 32 – Gravação dos Dados na Tabela de Fluxo do Banco de Dados..... 39

v

Figura 33 – Tabela Fluxo do Banco de Dados ................................................. 39

Figura 34 - Gravação dos Dados na Tabela de Fluxo do Banco de Dados ..... 40

Figura 35 – Tabela de Nível Superior do Banco de Dados .............................. 41

Figura 36 - Gravação dos Dados na Tabela de Nível Superior do Banco de

Dados........................................................................................................ 41

Figura 37 – Tabela Temperatura do Banco de Dados ..................................... 42

Figura 38 - Gravação dos Dados na Tabela Temperatura do Banco de Dados42

Figura 39 – Tabela Temperatura do Banco de Dados ..................................... 43

Figura 40 - Gravação dos Dados na Tabela Umidade do Banco de Dados..... 43

Figura 41 – Interface do Software (SMA) ......................................................... 44

Figura 42 – Controle manual dos Dispositivos ................................................. 45

Figura 43 – Mensuração de Temperatura e Umidade...................................... 47

Figura 44 – Parâmetros de Temperatura passados pelo Usuário .................... 47

Figura 45 - Parâmetros de Umidade passados pelo Usuário .......................... 48

Figura 46 – Estados dos Dispositivos em Tempo Real .................................... 49

vi

LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Configuração da pinagem de Controle da Porta Paralela .............. 18

Tabela 2 – Configuração dos valores utilizados para os pinos de Controle ..... 18

Tabela 3 – Tabela para medição e aferição da umidade relativa do ar............ 21

Tabela 4 – Previsão de Custos do Projeto ....................................................... 51

Tabela 5 – Custo dos Softwares utilizados para elaboração do sistema ......... 52

Tabela 6 – Custo de Mão de obra para elaboração do sistema....................... 52

Tabela 7 – Cronograma1 ................................................................................. 55

Tabela 8 – Cronograma 2 ................................................................................ 56

1

RESUMO

O sistema de monitoramento ambiental para empresas foi projetado para

monitorar e tomar decisões em relação quatro fatores ambientais (temperatura,

umidade, fluxo de líquidos na extremidade de um cano e níveis de líquidos no

interior de um reservatório).

A temperatura é controlada através de um sensor que envia dados para

a porta paralela de um microcomputador padrão IBM-PC, e dependendo destes

valores obtidos, a porta paralela envia um sinal para acionar ou desativar um

ou mais ventiladores. O mesmo ocorre com o controle de umidade, sendo que

ao invés do ventilador foi usado um vaporizador para controlar a umidade do ar

e uma bomba de água para controlar o nível do líquido dentro do reservatório.

O sistema monitora ainda o fluxo de líquidos na extremidade de um

cano, utilizando-se de um interruptor especial. Este interruptor quando sujeito

ao fluxo de líquidos permite a passagem de tensão através da porta paralela.

Quando é detectado algum fluxo na extremidade do cano, um retângulo

na interface muda de cor e em seu interior aparece a mensagem acionado, a

fim de que o usuário do sistema saiba o que está acontecendo.

Outro recurso do sistema é o controle de entrada de líquidos no interior

de um reservatório. Nesta situação o sistema aciona e desativa uma bomba de

água para o líquido se manter entre os níveis desejados.

Palavras - chave: sensor, relé, monitoramento, sistemas inteligentes.

2

ABSTRACT

The system of monitor environmental for companies was projected to

monitor and to make decisions in relationship four environmental factors

(temperature, humidity, flow of liquids in the extremity of a pipe and levels of

liquids inside a reservoir).

The temperature is controlled through a sensor one that he sends data

for the parallel door of a standard microcomputer IBM-PC, and depending on

these obtained values, the parallel door sends a sign to work either to disable

an or more fans. The same happens with the humidity control, and instead of

the fan a vaporizer was used to control the humidity of the air and a bomb of

water inside to control the level of the liquid of the reservoir.

The system still monitors the flow of liquids in the extremity of a pipe,

being used of a special switch. This switch when I subject to the flow of liquids

allows the tension passage through the parallel door.

When some is detected flow in the extremity of the pipe, a rectangle in

the interface changes of color and in his interior he appears the message

worked, so that the user of the system knows what is happening.

Another resource of the system is the control of entrance of liquids inside

a reservoir. In this situation the system works and it disables a bomb of water

for the liquid to stay among the wanted levels.

Words - key: sensor, relê, monitor, intelligent systems.

3

1. INDRODUÇÃO

1.1 Introdução ao tema do projeto

Este sistema controla diversas condições ambientais de uma empresa,

além de ser capaz de tomar decisões quando as condições ambientais se

tornarem críticas ou mesmo fora dos padrões estabelecidos pelo usuário do

sistema.

O sistema monitorara a temperatura ambiente, e caso esta ultrapasse o

limite permitido, o sistema automaticamente liga um ventilador, um exaustor ou

até mesmo um ar condicionado, até que a temperatura volte ao nível normal.

O sistema controla ainda um reservatório que tenha uma entrada e uma

saída de líquidos para que ele não ultrapasse os níveis mínimos e máximos

estipulados pela empresa que adquiriu o sistema.

Além disso, o sistema monitora a umidade do ar ambiente, e caso esta

esteja muito baixa, o sistema aciona um vaporizador de ar.

Outro recurso provido pelo sistema é monitorar o fluxo de líquidos nas

extremidades de algum cano, de maneira que o usuário do sistema seja

alertado quando o sistema detectar a existência de fluxo na extremidade do

cano.

Como módulo adicional, propôs-se o desenvolvimento de um sistema

de segurança contra furtos. Este sistema utiliza sensores em todas as portas e

janelas da empresa, de modo que se elas forem arrombadas, seja disparado

um alarme e uma mensagem sonora seja enviada através de uma conexão

discada, ao responsável pela segurança da empresa.

1.2 Motivação do Desenvolvimento

São vários os motivos que levaram ao desenvolvimento deste projeto:

1. A necessidade de empresas proporcionarem maior segurança e

conforto aos seus funcionários de forma automatizada.

4

2. Com este sistema não haverá a necessidade de vários

funcionários monitorarem individualmente cada condição

ambiental, na verdade, somente um funcionário será necessário

para analisar os dados, sendo que estes são capazes de indicar

em tempo real o estado das condições ambientais monitoradas.

3. O custo de desenvolvimento deste projeto será menor se

comparado ao preço cobrado por outras empresas para realizar

um projeto similar, com isto propõe-se realizar este projeto a um

custo bastante acessível às empresas de pequeno e médio porte.

1.3 Situação do Projeto no Contexto Geral em que está Inserido

Muitas empresas de pequeno e médio porte necessitam de sistemas de

controle inteligentes que monitoram e tomam decisões de acordo com níveis de

segurança pré-estabelecidos pela empresa.

Segundo pesquisa efetuada no dia 12/06/2004, a empresa Via Software Sistemas de Automação, para realizar um projeto com as mesmas

funcionalidades, não considerando os dispositivos de acionamento (ar

condicionado, bomba de água e microcomputador), cobraria R$ 13.560,00; e a

empresa Waresoft Assessoria de Sistemas para realizar um projeto também

com as mesmas características, e não incluindo (ar condicionado, bomba de

água e microcomputador) cobraria R$16.748,00.

De acordo com a pesquisa realiz ada, existem poucas empresas que

fornecem este tipo de serviço, e as que o disponibilizam, cobram preços muito

elevados, o que acaba desencorajando o investimento das empresas

compradoras e inibem a automação das mesmas, principalmente as de

pequeno e médio porte.

1.4 Metas a serem alcançadas

As metas a serem alcançadas são listadas a seguir:

- controlar a temperatura ambiente de um recinto, acionando ventiladores de

ar;

5

- monitorar o fluxo de líquidos na extremidade de canos;

- controlar o nível de algum líquido em um determinado reservatório;

- controlar a umidade do ar, sendo capaz de ligar um vaporizador de ar quando

os níveis forem críticos;

- armazenar em um banco de dados todos os valores lidos dos seis sensores

(sensor de temperatura, sensor de bulbo seco, sensor de bulbo úmido, sensor

de nível superior, sensor de nível inferior e sensor de fluxo), assim terá uma

tabela criada para cada um dos sensores, onde cada tabela terá informações

referente a data, hora e leitura do sensor respectivo;

- como módulo adicional implantar um sistema de alarme em portas e janelas

da empresa.

2. DESCRIÇÃO

Este projeto tem como objetivo controlar as condições ambientais de

uma empresa, mais precisamente, a temperatura, a umidade, a verificação de

fluxo de líquidos em um canos (vazão) e o controle de entrada de líquidos em

um reservatório.

Em relação à temperatura, o sistema é flexível, permitindo ao operador

definir o intervalo de temperatura que o sistema deverá manter. Por exemplo

manter entre 25 e 20 graus ou 18 e 22 graus. Quando a temperatura ambiente

atingir a maior nível estipulado o sistema aciona um ventilador até que a

temperatura regrida ao valor mínimo estipulado.

A umidade do ar também é controlada, ou seja, um sensor fica

monitorando a umidade, e quando o ar se tornar muito seco é ligado um

vaporizador de ar até que o nível de umidade se torne aceitável. Assim como

na temperatura, o sistema é flexível em relação à umidade, permitindo que o

operador defina o intervalo de umidade do ar que o sistema deverá manter.

Outro fator ambiental a ser considerado é o controle de um reservatório

de líquidos. O sistema controla a entrada do líquido mantendo o mesmo entre

dois níveis configuráveis de acordo com a necessidade da empresa. Quando o

nível mínimo é atingido, o sistema aciona uma bomba que enche o reservatório

até que o nível máximo pré-estabelecido seja atingido. Desta forma, há um

controle para que não haja excesso nem falta de líquido no reservatório.

6

O sistema faz também um controle sobre o fluxo de líquidos, onde

sensores ligados ao sistema verificam a existência de vazão de um líquido em

um determinado momento, na extremidade de um cano.

Para um melhor controle das medições ambientais realizadas pelo

sistema, o sistema grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco

de dados. Desta forma, o operador do sistema pode analisar as informações

coletadas no momento que desejar.

Como módulo adicional, foi proposto a implantação de um sistema de

segurança em portas e janelas integrado aos outros dispositivos já existentes

no sistema.

O projeto terá oito módulos de hardware, são eles: módulo do sensor de

temperatura, módulo do sensor de bulbo úmido, módulo do sensor de bulbo

seco, módulo do sensor de fluxo, módulo do sensor de nível superior, módulo

do sensor de nível inferior, módulo dos dispositivos e módulo do conversor

analógico para decimal. A Figura 1 ilustra o módulo dos sensores de nível

superior e inferior, a Figura 2 ilustra o módulo de fluxo, a Figura 3 ilustra o

módulo do sensor de temperatura, a Figura 4 ilustra o módulo do sensor do

bulbo seco e do bulbo úmido, a Figura 5 ilustra o módulo dos dispositivos e por

fim a Figura 6 ilustra o módulo do conversor analógico decimal (ADC). Todos

estes módulos serão controlados por um único software através da porta

paralela do computador.

O módulo do Sensor de Nível Superior e Inferior consiste no envio do

valor do sensor que recebe um ajuste de tensão através de resistores de modo

que quando detectado nível lógico alto, o ADC receba em torno de 1,28V, o

que equivale a cerca de 50 níveis após a conversão. Este valor é utilizado no

software como referência para verificar se há ou não presença de líquidos no

nível do sensor.

7

Figura 1 – Modulo do Sensor de Nível Superior e Inferior

O módulo do Sensor de Fluxo consiste no envio do sinal do sensor de

fluxo até o ADC, que converterá o sinal (5V) em níveis que serão recebidos

pela porta paralela, no caso nível 255. Este valor será utilizado pelo software

para verificação positiva ou negativa de fluxo no sistema.

Figura 2 – Módulo do Sensor de Fluxo

O módulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido

pelo sensor para um amplificador operacional, onde o valor do sinal terá um

ganho de dez vezes. Isto é necessário devido aos valores lidos pelo sensor

8

serem muito baixos, já que o sensor usado (LM35) é um sensor linear e possui

sensibilidade referente a 10mV/ºC. Depois de amplificado o sinal ele é passado

para o ADC que por sua vez irá converter o sinal em níveis e enviá-lo a porta

paralela. O Sistema está preparado para controlar temperaturas de 0º a 50º,

onde para 0V têm-se 0ºC e para 5V têm-se 50ºC. Portanto a função utilizada

para o cálculo da temperatura foi (valor lido pelo ADC multiplicado por 0,19).

Figura 3 – Módulo de Sensor de Temperatura

O módulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de

umidade dois sensores de temperatura (LM35), utilizando-se o princípio do

bulbo seco e do bulbo úmido. Este método consiste em envolver um dos

sensores com algum material permeável e mantê-lo umidecido com água. Para

que o sistema apresente uma boa precisão os dois sensores devem ser

expostos a uma corrente de ar constante que pode ser produzida utilizando-se

um pequeno cooler. Para o cálculo da umidade utilizou-se uma tabela, onde as

linhas representam a diferença de temperatura entre os dois sensores e as

colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao bulbo seco.

Este módulo será responsável pelo envio dos valores medidos pelos

sensores de bulbo seco e bulbo úmido. O valor do sinal é passado para um

amplificador operacional, onde o valor do sinal terá um ganho de dez vezes.

Isto é necessário devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos já

que o sensor usado (LM35) é um sensor linear e possui sensibilidade referente

9

a 10mV/ºC. Depois de amplificado o sinal ele é passado para o ADC, que por

sua vez irá converter o sinal em níveis e enviá-lo para a porta paralela. O

Sistema está preparado para controlar temperaturas de 0º a 50º, onde para 0V

têm-se 0ºC e para 5V têm-se 50ºC.

Portanto a função utilizada para o cálculo da umidade foi (valor lido pelo

ADC multiplicado por 0.19).

Figura 4 – Módulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Úmido

O módulo dos Dispositivos é responsável pela ativação e desativação

dos dispositivos (bomba de água, ventilador e umidificador de ar) através de

relés.

10

Figura 5 – Módulo dos Dispositivos

O módulo do ADC (conversor analógico_decimal) é responsável por

receber a leitura analógica dos 6 sensores existentes no sistema, e convertê-la

para decimal, com a finalidade de serem lidos pela porta paralela.

Figura 6 – Módulo do Conversor Analógico / Decimal (ADC)

11

3. ESTUDO TEÓRICO

Para a realização deste projeto foram necessários estudos sobre

sensores de nível, sensores de detecção de fluxo, sensores de umidade e

sensores de temperatura, estudo sobre conversores de sinais de analógicos

para digitais, além de estudos sobre acionamento de dispositivos por relés e

porta paralela.

3.1 Porta Paralela

No mundo dos equipamentos digitais, os bits e bytes precisam ser

transmitidos de um lugar para outro, assim existindo diversas formas de

transmissão. As mais utilizadas são a transmissão em série e em paralelo.

Na transmissão em paralelo, cada bit possui um fio próprio para ser

enviado, onde é necessários diversos fios para o envio das informações.

A porta paralela, mais conhecida como LPT, ou LPT1, tem esse nome,

pois envia as informações de forma paralela.

Apesar da porta paralela ser na maioria das vezes usada na conexão

com a impressora, ela também pode ser utilizada para se conectar outros

acessórios a um computador, como neste caso ligar um ventilador, um

vaporizador e uma bomba de água.

Existem dois tipos de transmissão em portas paralelas:

1. Transmissão unidirecional: a porta paralela SPP pode chegar a

uma taxa de transmissão de dados a 150KB/s. Comunica-se com a CPU

utilizando um BUS de dados de 8 bits. Para a transmissão de dados entre

periféricos são usado 4 bits por vez.

2. Transmissão bidirecional – Existem dois tipos de transmissão

bidirecional:

2.1 A porta avançada EPP chega a atingir uma taxa de transferência de

2 MB/s. Para atingir essa velocidade, é necessário um cabo especial.

Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de dados de 32 bits.

Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 8 bits por

vez.

12

2.2 A porta avançada ECP tem as mesmas características que a EPP,

porém, utiliza DMA, sem a necessidade do uso do processador para

a transferência de dados. Utiliza também um buffer FIFO de 16

bytes.

Na figura 7, pode-se visualizar a função de cada pino da porta paralela.

Figura 7 – Pinagem da Porta Paralela

3.2 Sensores

Definição 1: Sensores são dispositivos usados para detectar, medir ou

gravar fenômenos físicos tais como calor, radiação etc, e que respondem

transmitindo informação, iniciando mudanças ou operando controles. (Moreira,

2002)

Definição 2: Sensores são dispositivos que mudam seu comportamento

sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou

indiretamente um sinal que indica esta grandeza. (Moreira, 2002)

Quando os sensores operam diretamente, convertendo uma forma de

energia em outra, são chamados transdutores. Os de operação indireta alteram

suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob

13

ação de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional. O sinal de um

sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de

controle, e nos instrumentos de medição, que freqüentemente estão

associados aos sistemas de controle de malha aberta (não automáticos),

orientando o usuário.

Os sensores apresentam as seguintes características:

• Faixa ou Range: representa todos os níveis de amplitude do sinal de

entrada nos quais se supõe que o sensor opere. (Werneck, 1996)

• Resolução: é o menor incremento do sinal de entrada que é sensível ou

que pode ser medido pelo instrumento. (Werneck, 1996)

• Linearidade: é o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a

grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. Os

sensores mais usados são os mais lineares, conferindo mais precisão ao

sistema de controle. Os sensores não lineares são usados em faixas limitadas

em que os desvios são aceitáveis, ou com adaptadores especiais que corrigem

o sinal. (Werneck, 1996)

• Histerese: pode ser explicada da seguinte maneira: se o estímulo de

entrada, que excita um instrumento ou um sensor crescer até um valor

determinado, o instrumento acusará certo valor. Mas se o estímulo começar

num valor mais elevado e decrescer até o mesmo valor anterior, o instrumento

poderá acusar um valor diferente daquele acusado antes, e neste caso, há uma

histerese. Histereses podem ocorrer por diversas razões, como, por exemplo,

atrito mecânico nos ponteiros de um instrumento de medida, resposta de

freqüência, inércia molecular etc. (Werneck, 1996)

• Exatidão ou Erro: é a diferença absoluta entre o valor real do padrão e o

valor medido pelo instrumento. Pode ser dada em percentagem ou em partes

por milhão (ppm), quando esse valor é muito pequeno. Ao ser especificado,

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela é

válida. Uma outra maneira é informar o erro máximo dentro da escala. Quando

trabalhamos com erro relativo, este é informado em porcentagens do fundo de

escala. (Werneck, 1996)

• Precisão ou Repetibilidade: é a capacidade de se obter o mesmo valor

em diversas medidas. Pode ser dada pelo desvio padrão das medidas

14

efetuadas de um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer

medida. Em alguns instrumentos, a repetibilidade é de fundamental

importância. (Werneck, 1996)

• Relação Sinal / Ruído: É a relação entre a potência de um sinal qualquer

presente na saída de um instrumento e a potência do sinal de ruído com o sinal

ausente. Também pode ser dado em decibéis (dB), calculados como sendo

vinte vezes o logaritmo natural da relação sinal ruído. (Werneck, 1996)

• Estabilidade: é a capacidade de um circuito eletrônico voltar a uma

situação de regime permanente (steady state) depois de receber um sinal

transitório, como um degrau ou pulso, por exemplo. Depende principalmente do

ganho de realimentação e da freqüência de ressonância do sistema. (Werneck,

1996)

• Isolação: é a maior tensão que pode estar presente em um determinado

circuito do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junção dielétrica

entre o determinado ponto e o potencial de terra do instrumento, provocando

uma descarga elétrica para outros pontos. É uma informação particularmente

importante quando se trata de segurança do usuário em aparelhos de medida

de altas tensões. (Werneck, 1996)

• Resposta de Freqüência: qualquer sistema eletrônico que manuseia

sinais elétricos tem suas limitações em freqüência, isto é, sinais de

determinadas freqüências são reproduzidos e de outras freqüências, não.

Desta forma, define-se a resposta de freqüência como a faixa do espectro que

determinado sistema pode reproduzir. (Werneck, 1996)

• Deriva: normalmente conhecida como drift, representa a mudança de

alguma variável com o passar do tempo. Essa variação pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevação de temperatura,

por exemplo. A unidade de drift é geralmente uma derivada, ou seja, o drift é

sempre dado com relação a uma outra grandeza. (Werneck, 1996)

• Faixa de atuação: é o intervalo de valores da grandeza em que pode ser

usado o sensor, sem destruição ou imprecisão. (Werneck, 1996)

A seguir são apresentadas as características dos sensores usados no

sistema de monitoramento ambiental:

15

• O Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) é capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius, com uma precisão de cerca de 10%

de erro ele não necessita ser muito rápido, já que as medidas são feitas a cada

0,6 segundos.

• O Sensor de Nível feito com foto diodo e foto receptores, deixa de

transmitir informações quando a água atinge o centro entre o foto diodo e o foto

sensor. De acordo com uma lógica combinacional o sensor irá acionar ou

desativa a bomba de água.

• O sensor de umidade tem uma precisão em torno de 10% a 15% e

possui repetibilidade de valores.

• O sensor de fluxo de líquidos (interruptor) conduzirá tensão quando se

tem fluxo de líquidos e deixa de conduzir caso contrário. Este sensor tem uma

sensibilidade muito alta, pois o mínimo de deslocamento no êmbolo do

interruptor é suficiente para detectar o fluxo do líquido no interior do cano.

4. ESPECIFICAÇÃO DO HARDWARE

O hardware é constituído de 5 módulos. O Módulo dos Dispositivos, tem

a finalidade de ativar e desativar os dispositivos externos através da porta

paralela do computador. O módulo de temperatura aciona um ventilador, o

módulo de controle de líquidos aciona uma bomba de água e o módulo de

umidade aciona um vaporizador.

Para implementar o módulo dos dispositivos são necessários relés de

12V de entrada e até 220V de saída com corrente máxima de 10A. O relé

utilizado para acionar todos os dispositivos é o A1RC2 da Metaltex e atende as

especificações de consumo dos dispositivos. Futuramente caso se deseje

utilizar algum dispositivo de maior corrente apenas aconselha-se trocar o relé

para um de maior capacidade, não precisando alterar mais nada no circuito

atual. A bomba de água consome cerca 1A e utiliza 12V, o ventilador consome

cerca de 0,2A e utiliza também 12V, e o umidificador de ar consome cerca de

1,1A e possui alimentação de 110V.

Na figura 8, pode-se visualizar o circuito para realizar esta tarefa de ativar e

desativar os dispositivos através da porta paralela:

16

Figura 8 – Circuito para ativar e desativar dispositivos pela porta paralela

Este circuito é responsável pelo acionamento dos dispositivos

(ventilador, bomba de água e vaporizador de ar) através das saídas da porta

paralela, quando os sensores mandam o sinal para a entrada de dados da

porta paralela.

Os três dispositivos (bomba de água, ventilador e vaporizador de ar)

usam o mesmo circuito da figura 8, a única diferença é que somente um dos

circuitos terá o CI 74LS541, e os outros dois usam o mesmo CI 74LS541 do

primeiro dispositivo, portanto, os outros dois circuitos são ligados em S2 e S3

respectivamente.

No circuito acima, o chip 74LS541 é usado para proteger a porta

paralela de altas correntes. Ele é alimentado com 5v, diferentemente da outra

parte do circuito que controla o relé, que precisa de 12v para ser acionada.

Para leitura dos sensores são utilizados os mesmos pinos utilizados para

o acionamento dos dispositivos (D0 a D7), para não ocorrer o risco da porta

paralela receber e enviar dados ao mesmo tempo, causando conflito é utilizado

dois latchs que são controlados por um bit de controle (pino 17 da porta

paralela), este bit de controle ativará um latch de cada vez evitando portando

que seja lido e escrito um valor na paralela ao mesmo tempo. Na Figura 9

17

5V

12V

12V

110V12V

5V

5V

74HC573

111

20

1918171615141312

23456789

OELE

VCC

1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q

1D2D3D4D5D6D7D8D

74HC573

111

20

1918171615141312

23456789

OELE

VCC

1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q

1D2D3D4D5D6D7D8D

U3

74LS541

23456789

119

1817161514131211

2010

A1A2A3A4A5A6A7A8

G1G2

Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8

VCCGND

BD3172

13

LED

2.2 K

A1RC2

35

412

DIODE

470370

A1RC2

35

412

2.2 K

LED

BD3172

13

470

DIODE

DIODE

470

BD3172

13

A1RC2

35

412

LED

2.2 K

P1 CONNECTOR DB25

13251224112310229218207196185174163152141

Bomba de Agua

Ventilador

SAIDA D3 ADC

SAIDA D5 ADC

SAIDA D2 ADCSAIDA D1 ADC

SAIDA D6 ADCSAIDA D7 ADC

SAIDA D0 ADC

SAIDA D4 ADC

Umidif icador

ENDEREÇAMENTO A0 ADC



podemos visualizar o esquemático de envio de sinais para o acionamento dos

dispositivos e recebimento de sinais dos sensores através da porta paralela

Figura 9 – Esquemático de entrada e saída da porta paralela

Para enviar um bit com valor (1), deve-se ligar a respectiva entrada ao

negativo e para enviar um bit com valor (0), deve-se desligar a respectiva

entrada do negativo, desde que a lógica do pino não esteja invertida, neste

caso para enviar um bit com valor (1), deve-se ligar a respectiva entrada ao

negativo e para enviar um bit com o valor (0), deve-se ligar a respectiva

entrada ao positivo.

Os pinos de controle da porta paralela são: 1, 14, 16 e 17 sendo os pinos 1, 14

e 17 invertidos (ativa em 0 e desativa em 1), e para acessar os pinos de

controle da porta paralela é necessário passar o valor dos quatro pinos mesmo

que não se utilize os quatro, pois eles pertencem a um bloco único de controle,

portanto não podem ser acessados individualmente. Na tabela 1 podemos

verificar a pinagem de controle da porta paralela com a descrição de cada pino.

18

__C3

C2

__C1

__ C0

Descrição/número dos pinos:

nenhum pino

relacionado

17 16 14

1

Posição dos bits: 7 6 5 4 3 2 1 0

Byte em binário: 0 0 0 0 1 1 1 1

Byte em Decimal: 15

Tabela 1 – Configuração da pinagem de Controle da Porta Paralela

Para se conseguir ler os dados dos sensores são necessários 3 bits para

o endereçamento, para tanto foi utilizado os pinos 1, 14 e 16 da porta paralela.

O pino 17 de controle da porta paralela foi utilizado para permitir a leitura ou a

escrita dos dados e como se está lidando com a leitura dos dados, deixou-se o

valor do pino em 0, mas como o pino 17 possui lógica invertida passa a receber

o valor 1 para leitura e 0 para escrita, conforme podemos visualizar na Tabela

2.

Binario Decimal Atividade

Pino 17 Pino 16 Pino 14 Pino 1

1 0 1 1 11 Le o valor do Sensor de Nível superior

1 0 1 0 10 Le o valor do Sensor de Nível Inferior

1 0 0 1 9 Le o valor do Sensor de Temperatura

1 0 0 0 8 Le o valor do Sensor de Fluxo

1 1 1 1 15 Le o valor do Sensor Bulbo Seco

1 1 1 0 14 Le o valor do Sensor Bulbo Umido

Tabela 2 – Configuração dos valores utilizados para os pinos de Controle

19

Neste projeto serão usadas seis entradas do ADC, duas para os

sensores de nível da caixa de água, duas para o sensor de umidade, uma para

o sensor de temperatura e uma para o sensor de fluxo de líquidos.

Para mensurar a temperatura é utilizado um sensor LM35 e um

amplificador operacional para aumentar o ganho total para uma escala entre 0V

e 5V. O ganho estimado para manter o sinal entre 0V e 5V é 10 vezes. E como

o ganho deste tipo de circuito é 1+ R1/R2 e sendo assim R1 = 1Kohm e R2 =

9Kohm. Como 9Kohm é um valor de resistor fora do padrão de mercado foi

utilizado um trimpot, como mostra a figura 10.

Figura 10 – Mensuração da Temperatura

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princípio do bulbo

seco e bulbo úmido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM 35. Na

tabela 3 a linha representa a diferença de temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo úmido e a coluna representa a temperatura em graus do bulbo seco,

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem.

Por exemplo, digamos que bulbo sêco = 20ºC e bulbo úmido = 18ºC. A

diferença é de 2ºC . No cruzamento desses dois valores (20 e 2) na tabela

teremos então o valor da umidade relativa que é de 83%.

20

t.sêco

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0

0ºC 100 90 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 0

1ºC 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 0

2ºC 100 91 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 0

3ºC 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 0

4ºC 100 92 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 0

5ºC 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 0

6ºC 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 0

7ºC 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 0

8ºC 100 93 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 0

9ºC 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10ºC 100 94 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 5

11ºC 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 8

12ºC 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 12

13ºC 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 15

14ºC 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 18

15ºC 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 20

16ºC 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 22

17ºC 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 25

18ºC 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 27

19ºC 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 28

20ºC 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 31

21ºC 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 33

22ºC 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 35

23ºC 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 37

24ºC 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 38

25ºC 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 39

26ºC 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 40

27ºC 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 42

28ºC 100 96 93 89 85 82 78 75 72 59 65 62 59 57 54 51 48 45 42

29ºC 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 44

21

30ºC 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 45

31ºC 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 46

32ºC 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 47

33ºC 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 47

34ºC 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 48

35ºC 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 49

36ºC 100 97 93 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 50

37ºC 100 97 94 90 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 51

38ºC 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 52

39ºC 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 52

40ºC 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

Tabela 3 – Tabela para medição e aferição da umidade relativa do ar

Na figura 11 podemos visualizar o esquemático utilizado para montar o

módulo de umidade com os sensores, resistores e amplificadores operacionais.

Figura 11 – Mensuração de umidade

22

Na figura 12 podemos visualizar o esquemático do fluxo que utiliza um

interruptor especial e resistores.

Figura 12 – Indicador de Fluxo

Na figura 13 vemos o diagrama esquemático dos sensores de nível inferior

e superior que utilizam interruptores especiais (tipo bóia elétrica) e resistores

Figura 13 – Detector de nível superior e inferior

23

4.1 Diagrama de Blocos do Hardware

Figura 14 – Diagrama de Blocos do Hardware

5. ESPECIFICAÇÃO DO SOFTWARE

A seguir estão localizados os diagramas de contexto do sistema, o

diagrama de casos de uso, o diagrama de classe e o diagrama de seqüência,

assim como está descrito a funcionalidade do software e a linguagem de

programação utilizada para implementá-lo.

5.1 Diagrama de Contexto do Sistema

Na figura 15 a seguir, pode-se visualizar o diagrama de contexto do

sistema.

24

Figura 15 – Diagrama de Contexto do Sistema

5.2 Funções do Software

O software para o sistema deverá ser capaz de realizar as seguintes tarefas:

• Receber dados dos sensores sobre o nível de líquidos no

reservatório através da porta paralela e ativar uma bomba de água

quando o nível mínimo for atingido e desligar a bomba quando o

nível máximo for atingido.

• Receber dados do sensor de temperatura através da porta paralela e

ser capaz de acionar um ventilador de ar caso a temperatura chegue

em 25º C, e de desligar este ventilador quando a temperatura atingir

20º C.

• Receber dados do sensor de umidade através da porta paralela e

acionar um vaporizador de ar, caso o ambiente se torne muito seco.

Após a umidade ter atingido um nível normal o programa desligará o

vaporizador.

25

• Receber dados do sensor de fluxo localizado em um cano através da

porta paralela e indicar se há fluxo ou não de líquidos no interior do

cano.

• Gravar no banco de dados as leituras de todos os sensores e

mostrar na tela a leitura de todos em tempo real.

5.3 Linguagem de Desenvolvimento do Software

O software será desenvolvido em C++ utilizando o programa C++ Builder

versão 5.0 da Borland.

5.4 Diagrama de Casos de Uso

Os casos de uso capturam os requisitos da aplicação através da

representação dos atores que usam ou são usados pelo sistema e suas

possíveis ações. Eles são descritos sob o ponto de vista do usuário: o que ele

pode fazer, e como ele interage com o sistema.

Os casos de uso são apresentados na forma de diagramas UML.

26

Figura 16 - Diagrama de Caso de Uso da Porta Paralela

27

Figura 17 – Diagrama de Caso de Uso do Usuário do Sistema

5.5 Diagrama de Classes

Uma classe é uma estrutura o a partir da qual são criados (gerados)

objetos. Cada objeto tem a mesma estrutura e comportamento da classe na

qual ele teve origem. Se o objeto “obj” pertence à classe C, dizemos que “obj”

é uma instância de C. (Page Jones,2001). A seguir pode-se visualizar o

diagrama de classes referente ao projeto do software.

28

Figura 18 – Diagrama de Classes do Sistema

29

5.6 Diagrama de Sequência

Os detalhes de um caso de uso podem ser documentados utilizando-se

diagramas de seqüência. Um diagrama de seqüência mostra a ordem na qual

mensagens são trocadas entre o(s) ator(es) e o sistema.

Logo a seguir são apresentados os diagramas de seqüência do projeto.

O diagrama da Figura 19 é responsável por ler os valores dos sensores

de nível superior e de nível inferior e gravar estes valores no banco de dados

de forma sistemática. O método SetaControle(), recebe 11 como passagem de

parâmetro para endereçar o ADC, de forma a permitir a leitura do sensor de

nível superior. Em seguida a porta paralela ativa os pinos (D0 a D7) para o

recebimento dos dados através do método LeDados(). Por fim este valor lido é

gravado no banco de dados, na tabela chamada CbrokerSuperior.

Após a leitura e gravação do valor do sensor de nível superior o sistema

chama o método SetaControle() novamente, o qual recebe o valor 10 como

passagem de parâmetro, assim endereçando o ADC para habilitar a leitura do

sensor de nível inferior. Em seguida a porta paralela ativa os pinos (D0 a D7)

através do método LeDados(), para o recebimento do valor lido pelo sensor.

Por último este valor é gravado no banco de dados, na tabela chamada

CBrokerInferior.

Figura 19 – Diagrama de Seqüência de Leitura dos Sensores de Nível

30

O diagrama da Figura 20 é responsável por ler os valores do sensor de

temperatura e gravar este valor no banco de dados de forma sistemática. A

primeira ação SetaControle(9), recebe 9 como passagem de parâmetro para

endereçar o ADC, permitindo a leitura do sensor de temperatura em questão.

Em seguida a porta paralela ativará os pinos (D0 a D7) para o recebimento dos

dados através do método LeDados(). Por fim este o valor lido é gravado no

banco de dados na tabela chamada CbrokerTemperatura.

Figura 20 Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Temperatura

O diagrama da figura 21 é responsável por realizar a leitura do valor

mensurado pelo sensor de fluxo e gravar este valor no banco de dados.

O método SetaControle(), recebe o valor 8 como passagem de

parâmetro para endereçar o ADC de forma que seja ativada a leitura do sensor

de fluxo. Em seguida é executado o método LeDados(), que é responsável por

ativar a leitura dos dados pelo barramento (D0 a D7) e ler estes valores. Após

feita a leitura é gravado estes valores através do método GravaFluxo na tabela

CbrokerFluxo do banco de dados.

31

Figura 21 – Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Fluxo

O Diagrama da Figura 22 possui a finalidade de ler os valores dos

sensores de bulbo seco e bulbo úmido, calcular a umidade relativa do ar e

ainda gravar o valor calculado na tabela CBrokerUmidade do banco de

dados.

O método SetaControle() recebe o parâmetro 15 para endereçar o ADC

de forma que seja habilitada a leitura do sensor de bulbo seco. A seguir é

executado o método LeDados(), que é responsável por ativar a leitura de

dados do barramento (D0 a D7) da porta paralela e ler o valor encontrado

no barramento. Após lido o valor do bulbo seco o processo é repetido para

o sensor de bulbo úmido. Com os dois valores mensurados (bulbo seco e

bulbo úmido) é chamado o método CalculaUmidade() que calcula a

umidade relativa do ar de acordo com a Tabela 3. Por último o valor da

umidade relativa do ar calculado é gravado na tabela CBrokerUmidade do

banco de dados.

32

Figura 22 – Diagrama de Seqüência de Leitura do Sensor de Umidade

O Diagrama de sequência da Figura 23 é responsável por ativar ou

desativar a bomba de água de forma autônoma. Para ativar ou desativar a

bomba de água os métodos chamados são os mesmos o que muda é a

passagem de parâmetros.

Figura 23 – Diagrama de Seqüência da Bomba de Água (automática)

33


desativar o ventilador de forma autônoma. Para ativar ou desativar o ventilador

os métodos chamados são os mesmos o que muda é a passagem de

parâmetros.

Figura 24 – Diagrama de Seqüência do Ventilador (automático)


desativar o umidificador de ar de forma autônoma. Para ativar ou desativar o

umidificador de ar os métodos chamados são os mesmos o que muda é a

passagem de parâmetros.

Figura 25 – Diagrama de Seqüência do Umidificador (aumomático)

34

O diagrama de sequência da Figura 26 é responsável pela ativação ou

pela desativação do umidificador de ar de forma manual (pelo usuário).

O usuário pode através da interface, acionar (método

AcionaUmidificador()) ou destivar (método DesativaUmidificador()) o

umidificador de ar e tanto na ativação quanto na desativação os métodos

utilizados são os mesmos, mudando apenas as passagens de parâmetros.

Estes processos chamam duas vezes o método SetaControle(), uma para setar

o bit de controle para escrita e a outra para retornar ao seu estado inicial de

forma a não alterar seu valor quando termina a ativação ou a desativação do

dispositivo.

Figura 26 – Diagrama de Seqüência do Umidificador de Ar (manual)

35


pela desativação do ventilador de forma manual (pelo usuário).

O usuário pode através da interface, acionar (método

AcionaVentilador()) ou destivar (método DesativaVentilador()) o ventilador e

tanto na ativação quanto na desativação os métodos utilizados são os mesmos,

mudando apenas as passagens de parâmetros. Estes processos chamam duas

vezes o método SetaControle(), uma para setar o bit de controle para escrita e

a outra para retornar ao seu estado inicial de forma a não alterar seu valor

quando termina a ativação ou a desativação do dispositivo.

Figura 27 – Diagrama de Seqüência do Ventilador (manual)

36


pela desativação da bomba de água de forma manual (pelo usuário).

O usuário pode através da interface, acionar (método AcionaBomba ())

ou destivar (método DesativaBomba()) a bomba de água e tanto na ativação

quanto na desativação os métodos utilizados são os mesmos, mudando

apenas as passagens de parâmetros. Estes processos chamam duas vezes o

método SetaControle(), uma para setar o bit de controle para escrita e a outra

para retornar ao seu estado inicial de forma a não alterar seu valor quando

termina a ativação ou a desativação do dispositivo.

Figura 28 – Diagrama de Seqüência da Bomba de Água (manual)

37

O diagrama de sequência da Figura 29 possui a função de calcular a

temperatura através do valor lido pelo sensor de temperatura. O método

responsável pelo cálculo da temperatura (CalculaTemperatura()), utiliza a

seguinte fórmula matemática (Temperatura = valor lido pela porta paralela do

sensor de temperatura * 0,1964 ).

Figura 29 – Diagrama de Seqüência da Temperatura

O diagrama de sequência da Figura 30 possui a função de calcular a umidade

relativa do ar, através dos valores lidos pelos sensores de bulbo seco e de

bulbo úmido. O método responsável pelo cálculo da temperatura

(CalculaUmidade()), utiliza a seguinte fórmula matemática (Bulbo Seco = valor

lido pelo sensor de temperatura seco * 0,1964 e Bulbo Úmido = valor lido pelo

sensor de temperatura úmido * 0,1964). Os valores calculados por estes dois

sensores de temperatura são comparados com os valores da Tabela 3 que tem

como saída o valor em percentagem da umidade relativa do ar.

Figura 30 – Diagrama de Seqüência da Umidade

38

5.7 Banco de Dados

O banco de dados utilizado pelo sistema é o Paradox 7, e este conterá 6

tabelas, tendo uma tabela para cada sensor.

Na Figura 31 têm-se a descrição da tabela tblFluxo, responsável por

armazenar os dados referente a data, hora e os valores lidos pelo sensor de

fluxo.

Figura 31 – Tabela Fluxo do Banco de Dados

Na figura 32 pode-se visualizar a forma com que os dados são gravados na

tabela de fluxo.

39

Figura 32 – Gravação dos Dados na Tabela de Fluxo do Banco de Dados

Na Figura 33 têm-se a descrição da tabela tblInferior, responsável por


nível inferior.

Figura 33 – Tabela Fluxo do Banco de Dados

40

Na figura 34 pode-se visualizar a forma com que os dados são gravados

na tabela de nível inferior.

Figura 34 - Gravação dos Dados na Tabela de Fluxo do Banco de Dados

Na Figura 35 têm-se a descrição da tabela tblSuperior, responsável por


nível superior.

41

Figura 35 – Tabela de Nível Superior do Banco de Dados


na tabela de nível superior.

Figura 36 - Gravação dos Dados na Tabela de Nível Superior do Banco de

Dados

42

Na Figura 37 têm-se a descrição da tabela tblTemperatura, responsável

por armazenar os dados referente a data, hora e os valores lidos pelo sensor

de temperatura.

Figura 37 – Tabela Temperatura do Banco de Dados


na tabela de temperatura.

Figura 38 - Gravação dos Dados na Tabela Temperatura do Banco de Dados

43

Na Figura 39 têm-se a descrição da tabela tblUmidade, responsável por


nível superior.

Figura 39 – Tabela Temperatura do Banco de Dados


na tabela de umidade.

Figura 40 - Gravação dos Dados na Tabela Umidade do Banco de Dados

44

5.8 Interface de comunicação do usuário

Na figura 41 temos a interface principal do software onde o operador

pode optar pelo controle automático ou manual do sistema.

Figura 41 – Interface do Software (SMA)

45

5.8.1 Controle manual do Sistema

Para a utilização do sistema de forma manual deve-se clicar no botão

para parar a leitura dos sensores e interromper a gravação do

banco, assim o sistema estará apto para receber as instruções do operador.

Se este botão for pressionado novamente o sistema voltará a funcionar

de forma automática novamente e voltará ler os valores dos sensores.

5.8.1.1 Ativação e Desativação de Dispositivos Manualmente

A ativação ou desativação dos dispositivos de forma manual se

restringem somente a área descrita na Figura 42:

Figura 42 – Controle manual dos Dispositivos

• Para ativar manualmente o Ventilador deve-se pressionar o radio Box;

• Para desativar manualmente o Ventilador deve-se pressionar o radio

Box;

46

• Para ativar manualmente o Umidificador de Ar deve-se pressionar o

radio Box;

• Para desativar manualmente o Umidificador de Ar deve-se pressionar o

radio Box;

• Para ativar manualmente a Bomba de Água deve-se pressionar o radio

Box;

• Para desativar manualmente a Bomba de Água deve-se pressionar o

radio Box;

• Se desejar acionar todos os dispositivos simultaneamente deve-se

pressionar o radio Box;

• Se desejar desligar todos os dispositivos simultaneamente deve-se

pressionar o radio Box;

Estes comandos citados acima servem somente para controlar as

condições ambientais manualmente devendo portando ser pressionado o botão

antes de se selecionar qualquer uma das opções descritas

acima.

5.8.2 Valor lidos de temperatura e de umidade

A temperatura e a umidade atual podem ser vistas o campo Valores

Lidos conforme a Figura 43, onde no campo Temperatura será mostrado a

última temperatura lida em graus celsius, já a umidade será mostrada no

campo Umidade e expressa em % em relação a umidade relativa do ar.

47

Figura 43 – Mensuração de Temperatura e Umidade

5.8.3 Mudança de Parâmetros de Temperatura

No lado superior direito encontram-se duas células que servem para

alterar o intervalo de temperatura que o ambiente estará sujeito como mostra a

Figura 44.

Figura 44 – Parâmetros de Temperatura passados pelo Usuário

A opção “superior” corresponde à temperatura máxima que o sistema

poderá alcançar, ou seja, quando a temperatura do ambiente chegar ao valor

estipulado neste campo o ventilador será automaticamente acionado.

A opção “inferior” corresponde à temperatura em que o ventilador será

desativado, para que a temperatura permaneça entre estes dois intervalos.

O valor do Parâmetro de Temperatura Superior e o Parâmetro de

Temperatura Inferior não devem ser muito próximos, pois neste caso o sistema

ficará seguidamente ativando e desativando o ventilador, podendo prejudicar o

funcionamento do dispositivo.

48

5.8.4 Mudança de Parâmetros de Umidade

No lado superior direito se encontra duas células que servem para

alterar o intervalo de umidade que o ambiente estará sujeito como mostra a

Figura 45.

Figura 45 - Parâmetros de Umidade passados pelo Usuário

A opção “superior” corresponde à umidade máxima que o sistema

poderá alcançar, ou seja, quando a umidade do ambiente chegar ao valor

estipulado neste campo o umidificador de ar será automaticamente acionado.

A opção “inferior” corresponde à umidade em que o umidificador de ar

será desativado, para que a umidade relativa do ar permaneça entre estes dois

intervalos.

O valor do Parâmetro de Umidade superior e do Parâmetro de Umidade

inferior não devem ser muito próximos, pois neste caso o sistema ficará

seguidamente ativando e desativando o umidificador podendo prejudicar o

funcionamento do dispositivo.

5.8.5 Estado dos Dispositivos

Como nem sempre os dispositivos estarão próximos do operador e do

computador, o sistema oferece a opção de se monitorar os dispositivos para

verificar se eles estão ativados ou desativados conforme podemos visualizar na

Figura 46.

49

Figura 46 – Estados dos Dispositivos em Tempo Real

5.8.6 Banco de Dados

Na guia Banco de Dados o operador pode apagar o conteúdo das

tabelas de banco de dados, isto é útil após feito o backup para as tabelas não

ficarem muito extensas e com isto tornar o sistema mais lento.

Clicando-se portanto, em cima da guia se abrirão

cinco opções, onde cada uma delas apagará permanentemente o conteúdo das

tabelas de: umidade, temperatura, fluxo, nível superior e nível inferior

respectivamente.

6. ESPECIFICAÇÃO DA VALIDAÇÃO DO PROJETO

6.1 Testes de software

Para teste do software foram utilizados primeiramente os módulos

individuais do hardware, já que o sistema possui quatro módulos de hardware

principais, a fim de testar a funcionalidade e a interação de cada módulo de

hardware, e numa segunda etapa, todos estes módulos foram testados em

conjunto. Para calibrar os sensores de temperatura foi utilizado um termômetro

devidamente aferido. Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um

termômetro para aferir os dois LM 35 utilizados e para aferir o valor final foi

utilizado os valores de referência da tabela 3.

50

6.2 Testes de hardware

Para realização dos testes de hardware foi utilizada uma maquete

funcional, já que é inviável realizar o transporte de uma caixa de água, ou

mesmo de um ventilador industrial ou de um ar condicionado, enquanto o

projeto estiver em fase de teste.

Esta maquete tem a forma retangular, de tamanho necessário para

comportar todos as placas e dispositivos que gerenciariam o sistema, além dos

sensores, de forma que se possa simular um galpão industrial. Em vez de caixa

de água, foi utilizado um recipiente de plástico cuja capacidade é 2 litros . No

lugar da bomba de água foi utilizada um injetor de líquido de para brisa de

automóveis. Ao invés de vaporizadores de ar industriais, foi usado um

vaporizador residencial.

6.3 Validação do Projeto

Para total validação do projeto, além de testar todos os módulos de

hardware e software, foi necessário verificar o desempenho do sistema, já que

o sistema deve funcionar em tempo real. Como são analisadas variações

ambientais que se modificam muito lentamente com o passar do tempo, não é

necessária uma velocidade alta no recebimento de informações, com isto pode-

se fazer leituras dos dados entre 1 e 3 segundos.

Caso o desempenho do sistema não seja satisfatório, deve-se

considerar a hipótese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o

sistema confiável.

7. ESTUDO DE VIABILIDADE (CUSTOS)

Na tabela 4, pode-se ter uma base sobre o custo deste projeto,

envolvendo apenas hardware. Não estão incluídos nesta tabela, equipamentos

e materiais que não farão parte do resultado final deste projeto como:

protoboard, gerador de sinais, multímetro, osciloscópio, entre outros.

51

DESCRIÇÃO DO HARDWAREPreço

unitário Quantidade Total

1 Cabo Paralelo R$ 6,00 1 R$ 6,00

10 LEDS R$ 0,30 10 R$ 3,00

4 Diodo 1N4148 R$ 0,03 4 R$ 0,12

4 Resistores 2,2K ohm R$ 0,03 4 R$ 0,12

4 Resistores 470 ohm R$ 0,03 4 R$ 0,12

4 Transístores (BD 137) R$ 0,53 4 R$ 2,12

1 Buffer CI 74LS541 (buffer) R$ 3,50 1 R$ 3,50

2 Latch´s CI 74HC573 R$ 0,65 2 R$ 1,30

3 Relés 12 volts 220v/10A

(A1RC2) R$ 1,90 3 R$ 5,70

1 Fonte Estabilizada de 5 e 12

volts R$ 40,00 1 R$ 40,00

3 Sensor de Temperatura

(LM35) R$ 3,50 3 R$ 10,50

3 Diodos (1N4148) R$ 0,31 3 R$ 0,93

1 Bomba de Água 12V R$ 25,00 1 R$ 25,00

1 Coolers R$ 15,00 1 R$ 15,00

1 Vaporizador de Ar (110V) R$ 65,00 1 R$ 65,00

1 Micro Computador Padrão

IBM-PC

R$

1.800,00 1 R$ 1.800,00

3 Interruptores especiais R$ 5,00 3 R$ 15,00

4 Trimpot 20K R$ 2,85 4 R$ 11,40

Total R$ 2.004,81

Tabela 4 – Previsão de Custos do Projeto

52

Na tabela 5 tem-se o custo dos softwares de sistema operacional e de

desenvolvimento necessários para desenvolver o software deste sistema.

Descrição dos Softwares Preço R$

C++ Builder 5 Studio Professional - New User 1500,00

Microsoft Windows XP Home Edition 460,00

Total do Software 1960,00

Tabela 5 – Custo dos Softwares utilizados para elaboração do sistema

Na tabela 6 pode-se avaliar o custo de mão de obra do desenvolvedor

para a conclusão do sistema de monitoramento ambiental para empresas.

Mão de Obra Preço Hora

Total Horas

Preço R$

Hardware 5,00 300 1500,00

Software 5,00 150 750,00

Total 2250,00

Tabela 6 – Custo de Mão de obra para elaboração do sistema

Com base nos valores obtidos nas tabelas 1, 2 e 3 pode-se concluir que

o custo total do sistema de monitoramento ambiental para empresas é de R$

6214,81. Este valor pode ser alterado de acordo com a variação do dólar, já

que o software e a maioria dos componentes está cotado em dólar.

53

8. RESULTADOS

Este sistema se mostrou estável e confiável, mesmo funcionando de

forma autônoma cumprindo todos os quesitos prometidos na proposta. O

tempo de leitura dos sensores foi mais rápido que o esperado sendo realizada

a leitura de cada sensor em 0.6 segundos.

Ocorreram muitos problemas principalmente de interferências externas e

escolha incorreta de materiais que com o passar do tempo foram sendo

solucionados. A priore sensor de nível era para ser feito com um foto receptor e

um foto emissor mas este tipo de sensor só funcionava para líquidos com cores

opacas, pois a água sendo transparente não é possível a sua detecção através

deste tipo de sensor daí resolveu-se utilizar um interruptor especial que possui

funcionamento similar a uma bóia elétrica.

Outro problema encontrado foi enviar e receber dados através dos

mesmos pinos da porta paralela (D0 a D7) pois um atrapalhava o

funcionamento do outro, felizmente este problema foi solucionado com a

introdução de dois latch´s que habilitavam a leitura ou a escrita de forma que

não houvesse conflitos.

Ainda encontrou-se problemas com a bomba de água que não resistia a

intervalos grandes de funcionamento contínuo, já que não eram fabricadas com

este intuito, este problema conseguiu-se resolver colocando no seu lugar uma

bomba de água de aquários residenciais que são feitas para funcionar

indefinidamente.

Observou-se ainda que o software não exigiu muito processamento,

sendo suportado até por computadores residenciais com processadores de 600

MHz.

O hardware com exceção da bomba de água se apresentou estável, não

tendo nenhum problema durante todo o período de projeto e implementação.

54

9. CONCLUSÃO

Vale salientar que este projeto se apresentou viável financeiramente,

pois estima-se um custo de R$ 6.200,00 (seis mil e duzentos reais) para sua

fabricação sendo englobado um micro computador, mão de obra para o

desenvolvimento, softwares utilizados para projetar e executar o software e

demais componentes como CI´s, leds, resistores, dispositivos externos,

sensores e fonte.

O projeto foi concluído com sucesso dentro do tempo estimado conforme

os cronogramas das Tabelas 7 e Tabela 8, e todos os problemas encontrados

no percurso do projeto foram solucionados.

Este sistema se encontra pronto para ser implantado em empresas de

pequeno e médio porte, para tanto deve-se substituir os atuais dispositivos,

pois, os dispositivos utilizados possuem potência para atuarem em uma

maquete e autonomia suficiente para testes e demonstrações, portanto não

teriam potência suficiente para trabalharem em um ambiente industrial nem

autonomia.

Contudo este projeto teve grande importância para vida profissional

futura, pois mostrou como realizar um projeto deste o início prevendo custos,

prazos e funcionalidades, justamente o que as empresas esperam de

engenheiros da computação.

55

10. CRONOGRAMA

Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Etapa Descrição

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Definição geral do Projeto

1.1 Especificação do Projeto

1.2 Revisão Bibliográfica

1.3 Pesquisa Similaridade

1.4 Especificação Técnica

1.5 Ação de Controle

2 Marketing

2.1 Cenário

2.2 Instrumento de Pesquisa

2.3 Pesquisa Mercadológica

2.4 Resultado


3 Finanças

3.1 Projeção de Custos Fixos

3.2 Projeção de Custos Variaveis

3.3 Viabilidade Econômica

3.4 Play Back

3.5 Fluxo Caixa


4 Testes

4.1 Produto final


Tabela 7 – Cronograma1

56

Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Etapa Descrição

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1.0 Hardware

1.3 Metodologia

1.4 Separação em Módulos

1.5 Aquisição de componentes

1.6 Montagem em proto board

1.7 Testes dos módulos

1.8 Projetar Placa Circuito Imp.

1.9 Montagem Circuito Imp.

1.10 Testes

1.11 Ação de controle

2.0 Software

2.1

Metodologia sobre

Técnicas

2.2

Implementação em

módulos

2.3 Testes dos Módulos

2.4 Eficiência e Eficacia

2.5 Junção dos Módulos

2.6 Testes

2.7 Ação de controle

3.0 Documentação

3.1 Manual Técnico

3.2 Manual Usuário

3.3 Monografia

3.4 Entrega CD

3.5 Página HTML

Tabela 8 – Cronograma 2

57

57

11. RERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS

• Moreira, Lucia – Sensores de Temperatura Princípios e Aplicações – Ed.

Help Temperatura & Metrologia Treinamento e Consultoria – 10/2002;

• Johnson, D Curtis – Process Control Instrumentation Technology – 6ª

Edição – Ed. Prentice Hall International – United States – 2000;

• Werneck, Marcelo Martins – Transdutores e Interfaces – Ed. LTC Livros

Técnicos e Científicos Editora S.A. – Rio de Janeiro – 1996;

• Phillips L., Charles e Harbor D., Royce – Sistemas de Controle e

Realimentação – Ed. Makron Books do Brasil Editora Ltda – São Paulo – 1996;

• Kindermann, Geraldo – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência –

Volume1 – 1ª Edição – Ed. UFSC – Santa Catarina – 1999;

• Bonacorso, Nelso Gauze e Noll, Valdir – Automação Eletropneumática –

5ª Edição – Ed. Érica Ltda. – São Paulo – 2001;

• Natale, Ferdinando - Automação Industrial – 1ª Edição - Ed. Èrica Ltda.

– São Paulo – 2000;

• Fowler, Martin e Scott, Kendall – UML Essencial – 2ª Edição – Ed.

Bookman – Porto Alegre – 2000;

• Page Jones, Meilir – Fundamentos do Desenho Orientado a Objeto com

UML – Ed. Makron Books – São Paulo – 2001;

• Lee, Richard C. e Tepfenhart, William M. – UML e C++ Guia Prático de

Desenvolvimento Orientado a Objeto – Ed. Makron Books – São Paulo – 2001;

sistema de monitoramento ambiental para empresas · ao invés do ventilador foi usado um...

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