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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ALARME BIOMÉTRICO PARA MOTOCICLETAS
Área de Segurança
por
Márcio Pereira Pedrosa
Antônio de Assis Bento Ribeiro, Mestre Orientador
Campinas (SP), dezembro de 2007
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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ALARME BIOMÉTRICO PARA MOTOCICLETAS
Área de Segurança
por
Márcio Pereira Pedrosa Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica para análise e aprovação. Orientador: Antônio de Assis Bento Ribeiro, Mestre
Campinas (SP), dezembro de 2007
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DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a meus pais e ao meu irmão,
pela participação e incentivo em todos os
momentos da minha vida e também a Angela
Maria que acompanhou toda minha trajetória.
Em paz me deito e logo adormeço, porque só tu,
Senhor, me fazes viver em segurança
Sl 4,9
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AGRADECIMENTOS
Agradeço meu professor e orientador Antônio de
Assis Bento Ribeiro pela dedicada orientação
para a realização deste trabalho.
Agradeço também ao professor João Hermes que
direcionou a minha idéia proposta no inicio do
trabalho de conclusão de curso.
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SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS................................................................... v LISTA DE FIGURAS ................................................................................ vi LISTA DE TABELAS .............................................................................. vii RESUMO .................................................................................................. viii ABSTRACT ................................................................................................ ix 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................... 1 1.1. OBJETIVOS ...................................................................................................... 2 1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................................ 2 1.1.2. Objetivos Específicos...................................................................................... 2 1.1.3. Metodologia .................................................................................................... 2
2. ELEMENTOS QUE COMPÕE O PROJETO ................................... 3 3. A BIOMETRIA ...................................................................................... 4 3.1. MECANISMO DE IDENTIFICAÇÃO ............................................................ 5 3.2. COMO FUNCIONA .......................................................................................... 6 3.3. COMO OBTER BOAS IMAGENS DE IMPRESSÕES DIGITAIS .............. 7 3.4. POSIÇÃO DA IMPRESSÃO DIGITAL .......................................................... 8 3.5. ÂNGULO DE ROTAÇÃO ADIMISSÍVEL DE IMPRESSÃO DIGITAL .... 9
4. PORTA SERIAL .................................................................................. 10 4.1. COMUNICAÇÃO SERIAL SÍNCRONA ...................................................... 10 4.2. COMUNICAÇÃO SERIAL ASSÍNCRONA ................................................. 10
5. COMUNICAÇÃO RS232 .................................................................... 12 6. MICROCONTROLADOR ................................................................. 14 7. MEMÓRIA EXTERNA ...................................................................... 16 8. PROJETO ............................................................................................. 17 8.1. FUNCIONAMENTO ...................................................................................... 17 8.2. DIAGRAMA ELÉTRICO .............................................................................. 20
9. LISTA DE MATERIAIS ..................................................................... 23 10. CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................... 24 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 25 GLOSSÁRIO ............................................................................................. 26 ANEXO I – Especificações de componentes ......................................... 27
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LISTA DE ABREVIATURAS
ABESE Associação Brasileira das Empresas de Sistemas Eletrônicos de Segurança DNA Deoxyribonucleic Acid DSP Digital Signal Processor LSB Least Significant Byte MSB Most Significant Byte PIC Controller Integrated Peripherals PIN Personal Identification Number TCC Trabalho de Conclusão de Curso TTL Transistor Transistor Logic USF Universidade São Francisco USB Universal Serial Bus
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Fluxograma do projeto ...................................................................................................... 3 Figura 2. Reconhecimento de Impressões digitais ............................................................................ 4 Figura 3. Pontos de Identificação na digital ..................................................................................... 5 Figura 4. Posição Correta ................................................................................................................ 6 Figura 5. Posição Incorreta .............................................................................................................. 6 Figura 6. Pontos Encontrados .......................................................................................................... 7 Figura 7. Qualidade de impressões digitais ...................................................................................... 8 Figura 8. Posicionamento correto da impressão digital na janela de entrada ..................................... 8 Figura 9. Erros comuns .................................................................................................................... 9 Figura 10. Ângulo de rotação admissível ......................................................................................... 9 Figura 11. Frame Assíncrono Típico .............................................................................................. 10 Figura 12. Diagrama de blocos do Max 232 ................................................................................... 12 Figura 13. Conexão entre dois dispositivos usando porta RS232 .................................................... 13 Figura 14. Microcontrolador ADUC842B ...................................................................................... 14 Figura 15. Memória Externa 128K ................................................................................................ 16 Figura 16. Alarme Biométrico ....................................................................................................... 17 Figura 17. Impressão Digital .......................................................................................................... 18 Figura 18. Memória Externa e Porta Serial .................................................................................... 18 Figura 19. Fluxograma de funcionamento (Cadastro do Usuário) .................................................. 19 Figura 20. Fluxograma de funcionamento (Acesso do Usuário) ..................................................... 19 Figura 21. Diagrama de Blocos do Kit Biométrico ......................................................................... 20 Figura 22. Esquema Elétrico do Kit Biométrico ............................................................................. 20 Figura 23. Esquema Elétrico da Porta Serial (Componente Max 232) ............................................ 21 Figura 24. Memória externa ........................................................................................................... 21 Figura 25. Microcontrolador ADUC842B ...................................................................................... 22
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Sinais Padrão RS232 ..................................................................................................... 13 Tabela 2 - Lista de Materiais ......................................................................................................... 23
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RESUMO
PEDROSA PEREIRA, Márcio. Alarme Biométrico para Motocicletas. Campinas, Ano. 2007 f. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade São Francisco, Campinas, 2007. Diariamente a mídia expõe noticiários de casos de roubos e furtos à veículos e mostra que o índice deste crime vem aumentando em todo o Estado Nacional através dos inúmeros casos apresentados. Por exemplo, o jornal Estadão do Norte, afirma que em 2006 foram registrados na Capital de São Paulo mais de 205 furtos de carros, 339 furtos de motos, contra 71 roubos de carros e 226 roubos de motocicletas. No interior os números também são assustadores, 137 carros e 665 motos foram furtados. (Filho, 2007). E ainda, numa reportagem ao portal nacional, o comando da 1ª Companhia de Policiamento Militar de Botucatu alertou os proprietários de motos, a redobrarem os cuidados ao estacionarem em vias públicas, dado o aumento verificado nas ocorrências de furtos, desde abril deste ano. (Raimundo, 2007). O crescente aumento do índice de assaltos, roubos, seqüestros e outros crimes, nos últimos anos, tem contribuído consideravelmente para o crescimento do setor de segurança eletrônica e patrimonial no país. Dados da Associação Brasileira das Empresas de Sistemas Eletrônicos de Segurança (ABESE) apontam um crescimento em torno de 20% ao ano em equipamentos e serviços de segurança eletrônica. (SunSeg, 2007). Com base nas informações apresentadas e como proteção pessoal sendo eu também um condutor de moto, propus desenvolver um modelo de alarme biométrico para uso em motocicletas. Um modelo diferenciado dos alarmes atuais vendido no mercado, cuja função é impedir que qualquer pessoa que não seja cadastrado com sua digital acione a partida da motocicleta, ou seja, apenas aqueles que cadastrarem uma senha digital biométrica no alarme, terão acesso para ligar a motocicleta. Com a instalação do alarme, dificultará a ação dos bandidos, reduzindo significamente o número de roubos e furtos de motocicletas. Palavras-chave: Alarme Biométrico para Motocicletas.
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ABSTRACT
Everyday the media exposes news about cases of thefts and robberies of vehicles and shows that the
crime rate for these felonies has been rising all around the National State through the numberless
cases presented. For instance, the newspaper Estadão do Norte, affirms that in 2006 more than 205
cases of car robberies were registered only in São Paulo state capital, along with 339 motorcycle
thefts, 71 car robberies and 226 motorcycle robberies. In the countryside, the numbers are also
frightening: 137 cars and 665 motorcycles have been robbed. (Filho, 2007)
Beyond this, in a report to “Portal Nacional” the “commando of 1ª Companhia de Policiamento
Militar of Botucatu” has alerted the motorcycle owners to double the attention when parking in
public areas, due to the rise of theft occurrences sin april 2006. (Raimundo, 2007)
The rising number of assalt, robberies, kidnapping and other crimes in the past years has been
contributing considerably to the growth of the electronic and property security sector. Data from
the Brazilian Association of Electronic Systems of Security show an increase of about 20% a year
in equipment and services of electronic security. (SunSeg, 2007)
Based on the information presented and as personal protection for myself being a motorcycle user,
I have proposed developing a model of a biometric alarm for motorcycle usage.
A model which is distinguished from the current alarms sold in the market, with the function of
keeping anyone who doesn’t have its fingerprint cadastred from starting the motorcycle engine,
which means, only those who cadastre a digital biometric password to the alarm will have access to
turning on the motorcycle.
With the installation of the alarm, the action of the thieves will be blocked, reducing significantly
the number of robberies and thefts of motorcycles.
Keyword: Biometric Motorcycle Alarm
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1. INTRODUÇÃO
Há tempos que se faz necessário o uso de mecanismos para restringir o acesso a
determinados locais e com a busca pela solução perfeita de problemas gerado pelo próprio homem.
Uma das idéias mais promissoras que surgiu é o uso da Biometria. Biometria (do grego Bios = vida,
metron = medida) é o uso de características biológicas em mecanismos de identificação. Entre essas
características tem-se a íris (parte colorida do olho), a retina (membrana interna do globo ocular), a
impressão digital, a voz, o formato do rosto e a geometria da mão. Há ainda algumas características
físicas que poderão ser usadas no futuro, como DNA (Deoxyribonucleic Acid) e odores do corpo.
Para este projeto a escolha foi trabalhar com a característica biológica em mecanismos de
identificação com o método de impressão digital. O uso de impressão digital é uma das formas de
identificação mais usadas. Consiste na captura da formação de sulcos na pele dos dedos ou das
palmas das mãos de uma pessoa. Esses sulcos possuem determinadas terminações e divisões que
diferem de pessoa para pessoa. Para esse tipo de identificação existem, basicamente, três tipos de
tecnologia: óptica, a qual será usada, que faz uso de um feixe de luz para ler a impressão digital;
capacitiva, que mede a temperatura que sai da impressão; e ultra-soônica, que mapea a impressão
digital através de sinais sonoros.
Como o roubo e furto de motocicletas continuam a aumentar, sendo assustador e o fator
principal que levam esses delinqüentes praticarem o crime é à procura de peças para contrabandear,
ou seja, a realizar o comércio ilegal de peças, propus então desenvolver um projeto utilizando a
tecnologia da biometria, desenvolvendo o Alarme Biométrico para Motocicletas, para que o
consumidor possa proteger seu bem contra essas ações.
A função do alarme biométrico é causar a interrupção da ignição da motocicleta de maneira
que apenas o condutor, ou, aquele que possuir o registro da impressão digital possa acionar a
motocicleta. E utilizar um sistema de emergência para eventuais problemas.
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1.1. OBJETIVOS
1.1.1. Objetivo Geral
Desenvolver um modelo de alarme biométrico para motocicletas, diferenciado dos alarmes
atuais vendido no mercado.
1.1.2. Objetivos Específicos
Existem diversos maneiras de se desenvolver um alarme mesmo ele sendo biométrico ou
não. Então os objetivos específicos deste projeto são:
• Propor uma topologia de circuito eletrônico que integrado com um kit biométrico,
realize as funções de acesso ou interrupção da ignição da motocicleta;
• Descrever como é realizada a captura da imagem digital através da biometria.
• Desenvolver uma lógica através da linguagem de programação “assembly” que será
aplicado no circuito eletrônico, para realizar o acesso ou interrupção da motocicleta
• Apresentar uma solução para situações de emergência;
1.1.3. Metodologia
A metodologia para o desenvolvimento do projeto é programar um microcontrolador, ou
seja, desenvolver controles lógicos, pois a operação do sistema baseia-se nas ações lógicas que
devem ser executadas, que em comunicação com sensor biométrico pela interface RS232
poderemos fazer o controle de alguns pontos gerando a interrupção da motocicleta.
Foi definido alguns pontos da motocicleta para gerar a interrupção, são eles: bateria, bobina
de ignição, módulo de controle de ignição, interruptor de ponto morto.
Para os casos de emergência, é criado um sistema de codificação entre os fios, ou seja, uma
lógica com os fios onde somente o condutor saberá reativar o sistema.
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2. ELEMENTOS QUE COMPÕE O PROJETO
Para entendermos o desenvolvimento e funcionamento do Alarme Biométrico para
Motocicletas, foi criado uma seqüência de elementos que o compõe o projeto, como ilustrado pelo
fluxograma na figura 1. Os elementos são: kit biométrico, Porta Serial RS232, Microprocessador e
Memória Externa.
Figura 1. Fluxograma do projeto
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3. A BIOMETRIA
Biometria pode ser melhor definido como a medida das características fisiológicas e/ou
comportamentais que podem ser utilizadas para verificar a identidade de uma pessoa. Essas
características incluem impressões digitais, varredura de íris e retina, geometria da mão, padrões de
voz, reconhecimento facial e outras técnicas. Elas são do interesse de qualquer área onde seja
importante verificar a verdadeira identidade de uma pessoa. Inicialmente, essas técnicas foram
empregadas em aplicações especializadas em alta segurança, mas atualmente estão sendo utilizadas
numa grande variedade de situações. Enquanto que senhas, cartões e PIN´s trabalham com a idéia
de o usuário saber uma senha ou carregar consigo um objeto que o identifique, o que pode ser
facilmente esquecido ou perdido, a biometria trabalha com a idéia de o que o usuário é:
características inerentes a cada um, que não podem ser mudadas ou passadas para um terceiro.
Nesse contexto, destaca-se a tecnologia de reconhecimento de impressões digitais, por um
melhor custo-benefício no produto final, como mostra a figura 2. São vários os tipos de impressões
digitais conhecidos, dentre eles estão:
Figura 2. Reconhecimento de Impressões digitais
Grande parte dos algoritmos existentes trabalham com a idéia de extração de minutiae da
impressão digital capturada. Essas minutiaes são pontos específicos utilizados para identificar e
fazer as comparações entre as digitais. Na figura 3 tem-se uma idéia de como são esses pontos:
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Figura 3. Pontos de Identificação na digital
No que se trata de extração de pontos de impressões digitais, são duas as maneiras de se
reconhecer um usuário cuja impressão já está cadastrada no sistema: verificação e identificação.
Na verificação, é necessário que o usuário apresente um código ou um cartão para fazer-se
uma busca no banco de dados de sua identidade, juntamente com o modelo armazenado de sua
impressão digital, previamente coletado no momento de seu cadastro no sistema. Então, captura-se
uma impressão digital desse usuário para ser feita uma comparação (1:1) entre essa digital coletada
e a que estava armazenada no banco de dados. O resultado é verdadeiro ou falso, de acordo com o
resultado da comparação entre as digitais.
Já no processo de identificação, não é necessário que o usuário forneça nenhum tipo de
identificação prévia para o sistema. Apenas captura-se sua impressão digital e faz-se uma
comparação (1:N) com os modelos de digitais armazenados no banco de dados. Essa operação
necessita de um maior poder de processamento que a verificação, por se fazer uma pesquisa com
várias digitais, e não apenas com uma.
3.1. MECANISMO DE IDENTIFICAÇÃO
A figura 4 abaixo mostra o correto posicionamento de um dedo sobre a janela óptica, em
seguida podemos ver na figura 5 o método incorreto. Para identificar corretamente o usuário, pede-
se para posicionar o dedo à alguns milímetros além da janela óptica, esta distância é representado
no diagrama pela variável D, varia em função do tamanho do dedo da pessoa. Para os nossos
propósitos, pode-se dizer que D é equivalente a 5 milímetros. Porque a maior parte das informações
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utilizadas pela impressão digital é encontrado na área carnuda do dedo, ou seja no ponto central do
dedo.
Figura 4. Posição Correta
Figura 5. Posição Incorreta
Há métodos de plano alternativos de acesso para aqueles casos raros quando o
reconhecimento de impressão digital se torna impossível devido à doença da pele, lesões, químicas
corrosivas, exposição, ou outras circunstâncias físicas onde a impressão digital do usuário pode ser
rejeitada.
3.2. COMO FUNCIONA
Quando um usuário coloca seu dedo sobre a janela óptica, é realizada a captura da imagem.
Todas as impressões digitais contêm uma série de características físicas únicas chamadas minutiaes,
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o que inclui alguns aspectos visíveis de impressões digitais, como rugas, cume terminações, e
bifurcação de rugas.
A maioria das minúcias é encontrada no núcleo perto do centro das impressões digitais, a
figura 6 mostra as posições dos principais pontos de impressões digitais.
Figura 6. Pontos Encontrados
O usuário é inscrito e registrado em um banco de dados especial depois de ser realizado uma
varredura no dedo, com base em minutiaes, pontos chaves extraídos, a imagem ao vivo no momento
da aquisição, os dados são convertidos em um único modelo matemático comparável à senha de 60
dígitos. Este modelo é único, então codificados e armazenados, é importante notar que nenhuma
imagem real da impressão digital é armazenada e sim apenas as minutiaes. A próxima vez que uma
nova imagem de uma impressão digital indivíduo é varrida pelo leitor óptico, outro modelo é criado
e os dois modelos são comparados, a fim de verificar a identidade do usuário.
3.3. COMO OBTER BOAS IMAGENS DE IMPRESSÕES DIGITAIS
A qualidade da imagem de uma impressão digital é relativa ao número de minutiaes, pontos
capturados. Se o número de localização das minutiaes permanecerem coerente sempre que a
imagem da impressão digital do indivíduo digitalizado e capturado, a impressão digital será a
correspondência entre a imagem do modelo pré-existentes. As imagens que não possuem um
número suficiente de pontos, ou seja, minutiaes podem ser inutilizadas. A figura 7 revela a má
qualidade de impressões digitais, caracterizada por smudged, desbotadas, ou de outra forma
distorcida áreas sobre as impressões digitais. Essas condições podem ser causadas pela secura
excessiva ou molhado, ou cicatriz da pele do indivíduo.
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Figura 7. Qualidade de impressões digitais
O algoritmo usado para impressão digital é capaz de extrair as minúcias correto, mesmo sem
beneficiar de uma impressão perfeita. No entanto, o posicionamento dos dedos da mão e do relativo
molhado ou secura da impressão digital quando esta é colocada na janela óptica de digitalização
ambos são fatores importantes para obter uma imagem.
3.4. POSIÇÃO DA IMPRESSÃO DIGITAL
A fim de captar a mais minutiaes, maximizar a superfície da impressão digital sobre as
impressões digitais da janela de entrada a figura 8 mostra o correto posicionamento da impressão
digital na entrada da janela. Em contraposta a figura 9 ilustra o erro mais comum feita durante a
fase inicial de inscrição, cadastro.
Figura 8. Posicionamento correto da impressão digital na janela de entrada
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Figura 9. Erros comuns
3.5. ÂNGULO DE ROTAÇÃO ADIMISSÍVEL DE IMPRESSÃO DIGITAL
O kit biométrico permite até ± 45 ° para a entrada impressão digital rotação, conforme
ilustrado na figura 10.
Figura 10. Ângulo de rotação admissível
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4. PORTA SERIAL
Na comunicação serial o dado é enviado bit por bit, o cabo que conecta os dispositivos pode
ser mais longo em virtude de características especiais do sinal que é transmitido, diversos
protocolos de comunicação opera sobre a comunicação serial como: redes de campo, comunicação
com modens e outros. Existem dois modos de comunicação serial: síncrono e assíncrona.
4.1. COMUNICAÇÃO SERIAL SÍNCRONA
Neste modo de comunicação o transmissor e o receptor devem ser sincronizados para a troca
de comunicação de dados. Geralmente uma palavra de sincronismo é utilizada para que ambos
ajustem o relógio interno. Após a sincronização os bits são enviados seqüencialmente, até uma
quantidade pré combinada entre os dispositivos.
4.2. COMUNICAÇÃO SERIAL ASSÍNCRONA
Esta é a forma mais usual de transmissão de dados. Não existe a necessidade de
sincronização entre os dispositivos, uma vez que os caracteres são transmitidos individualmente e
não em blocos como na comunicação síncrona. A transmissão de cada caractere é precedida de um
bit de start e terminada por 1 (1/2 ou 2) bit(s) de stop. Há 2 tipos de padrões comunicação serial
suportadas pelos processadores DSPs da Texas:
(i) Comunicação assíncrona universal (formato RS232) - SCI;
(ii) Comunicação síncrona entre dispositivos - SPI;
A Figura 11 mostra a composição típica um frame assíncrono.
Figura 11. Frame Assíncrono Típico
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Note que neste frame existe um bit de start, 8 bits de dados, um bit de paridade e um bit de
parada. A paridade pode ser par ou ímpar. Quando a paridade é par o bit de paridade é gerado de
modo que o número de 1s resultante na palavra mais o bit de paridade seja par.
Por exemplo, se a palavra 10001010 está sendo transmitida, ou recebida, o bit de paridade
deve ser 1, para que o conjunto palavra + bit de paridade tenha sempre um número par de 1s. Se a
paridade usada for ímpar o bit de paridade no exemplo anterior será zero.
No processo de transmissão assíncrona, os dispositivos envolvidos no processo de
comunicação devem ter a mesma taxa de transmissão e recepção.
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5. COMUNICAÇÃO RS232
Um dos padrões mais conhecidos para comunicação serial assíncrona é o RS-232. O padrão
define um nível de tensão diferente do TTL:
• Nível Lógico 0 – +5 a +15 Volts
• Nível Lógico 1 – -5 a –15 Volts
A conversão entre o nível TTL e RS232 pode ser feita pelo chip 1488 e do nível RS232 para
o TTL através do 1489. Estes dois chips precisam de alimentação simétrica o que pode ser
inconveniente em alguns projetos. O chip MAX232 da MAXIM (www.maxim-ic.com) necessita
apenas de fonte +5V e incorpora tanto o conversor TTL-RS232 como o RS232-TTL, como ilustra a
figura 12.
Figura 12. Diagrama de blocos do Max 232
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A Tabela 1 mostra os sinais típicos em um conector RS232.
Tabela 1 - Sinais Padrão RS232
Nome Sinais
TXD Dados transmitidos pelo Terminal
RXD Dados recebidos pelo Terminal
RTS Requisição de envio
CTS Permissão de envio
DSR Dados prontos
DCD Detector de portadora
DTR Terminal de dados pronto
Muitos destes sinais só são empregados em comunicação com dispositivos mais complexos,
como no caso de modens externos. Nos processos mais simples de comunicação apenas os pinos
TXD e RXD são utilizados. A figura 13 mostra uma conexão simples entre dois dispositivos através
da porta serial assíncrona empregando os conversores de níveis 1488 e 1489.
Figura 13. Conexão entre dois dispositivos usando porta RS232
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6. MICROCONTROLADOR
O microcontrolador 8051, da Intel, é um microcontrolador muito popular atualmente. O
dispositivo em si é um microcontrolador de 8 bits relativamente simples, mas com ampla aplicação.
Porém, o mais importante é que não existe somente o CI 8051, mais sim uma família de
microcontroladores baseada no mesmo. Entende-se família como sendo um conjunto de dispositivos
que compartilha os mesmos elementos básicos, tendo também um mesmo conjunto básico de
instruções.
Para o projeto é implementado ao kit biométrico o microcontrolador ADUC842B, pertence a
família 8051, dentre outras funções, ele possui internamente um microcontrolador 8051, como
ilustrado pela figura 14 no centro da placa.
Figura 14. Microcontrolador ADUC842B
Um sistema básico como este microprocessador 8051 ele possui os seguintes elementos:
• Interrupções: são entradas a partir de um sinal externo que fazem com que o
processamento seja interrompido e seja iniciada uma subrotina específica. (Obs.: o
8051 tem interrupções com estrutura nesting, onde uma interrupção pode interromper
outra que está sendo atendida, desde que tenha maior prioridade).
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• Gerador de Reset: responsável por inicializar o sistema ao ligar ou quando acionado.
• Gerador de Clock: gera os pulsos necessários ao sincronismo do sistema.
• Memória de Programa: memória onde o microprocessador vai procurar as instruções
a executar. Em sistemas dedicados costumam-se utilizar memórias ROM, embora em
alguns casos memórias RAM também sejam utilizadas.
• Memória de Dados: memória onde o microprocessador lê e escreve dados durante a
operação normal. Geralmente é do tipo volátil, embora memórias não-voláteis
possam ser utilizadas.
• Seleção de Endereços: lógica para escolher qual memória ou periférico o
microprocessador vai utilizar.
• Portas de I/O: sua função é a comunicação com o mundo externo.
Como 8051 é um microcontrolador de ampla utilização e o mesmo tem dois modos básicos
de funcionamento, o modo mínimo e modo expandido.
• Pelo modo mínimo, somente recursos internos são utilizados pela CPU. Neste modo,
estão disponíveis 4 KB de ROM para memória de programa e 128 bytes de RAM
para memória de dados.
• E pelo modo expandido. Neste modo, a memória de programa (ROM), a memória de
dados (RAM) ou ambas podem ser expandidas para 64 Kbytes, através do uso de CIs
externos.
Devido ao tamanho da imagem capturada pelo leitor óptico de impressão, a configuração do
ADUC842B foi necessário usar o modo expandido, ou seja, foi implementado na saída do
microcontrolador uma memória externa de 128 Kbytes.
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7. MEMÓRIA EXTERNA
A memória externa é usada para armazenar as imagens das impressões digitais capturas pelo
leitor óptico. Para isto foi preciso acoplar ao microcontrolador a memória externa que foi
desenvolvida para receber a informação como mostra a figura 15. Uma vez gravado no
microcontrolador a lógica desenvolvida em linguagem de programação assembly o
microcontrolador realiza a comparação entre a imagem gravada pela imagem de acesso.
O motivo de utilizar-se a memória externa é simples, pois a microntrolador não tem
capacidade suficiente para armazenar a imagem capturada então foi necessário inserir uma memória
externa.
Figura 15. Memória Externa 128K
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8. PROJETO
Apresentado acima os principais elementos que compõe o alarme biométrico. Veremos
agora o funcionalidade do mesmo, o esquema elétrico distribuído em diagramas de bloco, os
problemas encontrados durante a construção e materiais utilizados.
8.1. FUNCIONAMENTO
O funcionamento inicia-se pela identificação da digital da pessoa que terá o acesso. É feito
uma verificação da identidade da pessoa através do leitor biométrico como mostra a figura 16
abaixo.
Figura 16. Alarme Biométrico
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O leitor óptico irá varrer, captar as impressões digitais da pessoa como mostra a figura 17.
Figura 17. Impressão Digital
Após obter esta imagem, a extração de minutiae aqueles pontos específicos utilizados para
identificar e fazer as comparações entre as digitais como foi mostrado na figura 6. Realiza-se o
cadastramento da imagem do usuário, ou seja, será armazenado a imagem capturada do usuário na
memória externa como mostra a figura 18. E através dos comandos da linguagem de programação
assembly inserido no microcontrolador os dados são enviados à memória externa.
Figura 18. Memória Externa e Porta Serial
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Realizado o cadastro do usuário, é desabilitado na placa o modo de gravação, assim a
próxima solicitação de captura de impressão digital, o microcontrolador executa a linguagem de
programação inserida anteriormente, ou seja ele compara a imagem armazenada com a imagem
transmitida, sendo iguais ele libera acesso, sendo diferentes ele restringe o acesso impedindo ligar a
motocicleta. Como mostra o fluxograma de funcionamento, ilustrado pelas figuras 19 e 20.
Figura 19. Fluxograma de funcionamento (Cadastro do Usuário)
Figura 20. Fluxograma de funcionamento (Acesso do Usuário)
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Para enviar os dados da imagem do leitor biométrico para a memória externa usamos a
comunicação serial RS232 com mostra na figura 12.
8.2. DIAGRAMA ELÉTRICO
O diagrama elétrico do Alarme Biometrico é apresentado em formas de diagrama de blocos
e esquema elétricos. Na figura 21 podemos visualizar o diagrama de blocos do kit biométrico, na
seqüência a figura 22 apresenta o esquema elétrico.
Figura 21. Diagrama de Blocos do Kit Biométrico
Figura 22. Esquema Elétrico do Kit Biométrico
Na seqüência temos o esquema elétrico da Porta Serial RS232 ilustrado na figura 23.
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Figura 23. Esquema Elétrico da Porta Serial (Componente Max 232)
Temos o esquema elétrico da memória externa ilustrado pela figura 24 e o esquema elétrico
do microcontrolador ADUC842B ilustrado pela figura 25.
Figura 24. Memória externa
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Figura 25. Microcontrolador ADUC842B
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9. LISTA DE MATERIAIS
Os materiais utilizados para desenvolver o Alarme Biométrico são apresentados abaixo na
tabela 2. A tabela indica também os gastos realizado na compra de cada item.
Tabela 2 - Lista de Materiais
Descrição dos Produtos Valor Unitário
Qtd. Valor Total
ADUC842 Precision Analog Microcontroller R$ 18,00 1 R$ 18,00 Barra 40 Terminais R$ 0,35 2 R$ 0,70 BC548B R$ 0,15 1 R$ 0,15 Cabos e rabichos R$ 5,00 1 R$ 5,00 Caixa Plástica PB-075 Patola R$ 3,00 1 R$ 3,00 Capacitor 10uF x 16V R$ 0,65 2 R$ 1,30 Capacitor 1uF Cerâmico R$ 0,20 6 R$ 1,20 Capacitor 1uF x 16V R$ 0,49 4 R$ 1,96 Capacitor 33uF Cerâmico R$ 0,20 2 R$ 0,40 Chave Gangorra 2P 2T 10A R$ 1,64 1 R$ 1,64 CI 74LS138 R$ 1,50 1 R$ 1,50 CI MAX232 R$ 2,20 1 R$ 2,20 CI SN74LS373N R$ 1,09 2 R$ 2,18 Conector DB9 Femea Solda R$ 0,65 2 R$ 1,30 Conector DB9 Macho Solda R$ 0,70 2 R$ 1,40 Cristal 32.768 KHz R$ 1,00 1 R$ 1,00 Diodo Led 3mm cor vermelho R$ 0,10 2 R$ 0,20 Estanho (solda) 5 metros R$ 5,00 1 R$ 5,00 Fonte de Alimentação 5 Volts 1A R$ 19,80 1 R$ 19,80 Kit biométrico FIM10H+ c/ Leitor Óptico R$ 370,00 1 R$ 370,00 Memória 128K x 8 bit CMOS static RAM 70ns R$ 22,49 1 R$ 22,49 Montagem de Placa ADUC842 R$ 20,00 1 R$ 20,00 Parafusos, porcas e arruelas (fixação da placa) R$ 0,20 8 R$ 1,60 Placa Padrão Ilha desligada 10x10mm R$ 5,89 1 R$ 5,89 Placa Padrão Ilha desligada 5x5mm R$ 2,20 1 R$ 2,20 Plug P4-C Cassio int1,5mm / ext 5,5mm R$ 1,20 1 R$ 1,20 Resistor 1K R$ 0,10 4 R$ 0,40 Resistor 860 ohms R$ 0,10 2 R$ 0,20 Soquete Torneado 16 Pinos R$ 1,20 2 R$ 2,40 Soquete Torneado 40 Pinos R$ 2,00 4 R$ 8,00 Spaguete Termo-Retratil 1,0mm R$ 1,40 1 metro R$ 1,40
Valor Total dos Produtos: R$ 503,71
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10. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante um processo de elaboração de um protótipo é muito comum acontecer alterações
imprevistas na solução inicial. Por isso na construção do Alarme Biométrico, foi necessário fazer
duas principais alterações não previstas de antemão.
A primeira alteração foi definir o sensor biométrico, a princípio eu iria utilizar um sensor
com saída USB, mas tive que descartar o mesmo porque o componente que faria a interface
pertence a uma família de microcontroladores “PIC18F”, e eu não teria recursos, equipamentos
necessários para realizar os testes e a gravação dos dados. Busquei então outro sensor biométrico
disponível no mercado mais tive um problema de custo elevado.
Na seqüência do projeto, logo apareceu a segunda alteração. Ao realizar os testes de captura
de imagem, pude constatar que o microcontrolador da família “PIC16F” não suportou armazenar o
tamanho da imagem capturada pelo sensor óptico biométrico, foi necessário então desenvolver uma
nova solução. Através de pesquisas, encontrei outro componente que atendesse as necessidades do
projeto, utilizei o componente ADUC842, microcontrolador que pertence a família 8051, com
expansão a memória, assim implementei uma memória externa e pude armazenar a imagem
capturada do usuário.
A solução do Alarme Biométrico de Motocicletas foi implantado com sucesso, mas devido
as alterações do projeto, os circuitos tiveram que ser remontados e os testes na prática ficaram
comprometidos pelos atrasos causado pelas alterações imprevistas. Assim não foi possível
apresentar a solução para situações de emergência e a lógica do microcontrolador utilizando a
linguagem de programação “assembly”.
Concluo que o Alarme Biométrico de Motocicletas é ótimo sistema de alarme, modelo
diferenciado dos atuais vendidos no mercado. Mas para atender o consumidor antes será necessário
realizar algumas implementações para reduzir o custo elevado. Assim o consumidor poderá obte-lo
por um preço mais acessível e o fabricante atingirá um público maior.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] WESTER, Info. Hardware – Introdução a Biometria. Disponível em: . Acesso em: 30/11/2007.
[2] SUNSEG, Segurança Eletrônica – Informativo SunSeg. Disponível em: . Acesso em: 30/11/2007.
[3] ESTADAOWEB, Jornal. Cidade – Em 6 meses, 147 veículos foram furtados na Capital. Disponível em: . Acesso em: 30/11/2007.
[4] SOUZA, David José. Conectando o PIC – Recursos Avançados. 2. ed. Érica.
[5] JUNIOR, Vidal Pereira da Silva. Aplicações Práticas do Microcontrolador 8051 – Multiplexagem. 12. ed. Érica.
[6] ID, Computer Soluções em Informática – Biometria. Disponível em: Acesso em: 23/11/2007.
[7] NITGEN, Soluções Biométricas – Downloads DataSheet. Disponível em: . Acesso em: 23/11/2007.
[8] U.F.J.F, Capítulo 9- Comunicação Serial. Disponível em: . Acesso em: 23/11/2007.
[9] ALLDATASHEET, Datasheet Search System 2003 - 2006. Disponível em: . Acesso em: 23/11/2007.
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GLOSSÁRIO
Assembly Linguagem programação de baixo nível, em que cada instrução é escrita por meio de abreviaturas e códigos mnemônicos
Assíncrono Significa que os caracteres que formam os pacotes de dados são enviados
em intervalos irregulares. Biometria Do Grego Bios = vida, metron = medida) é o uso de características
biológicas em mecanismos de identificação. DSP Digital Signal Processor são microprocessadores especializados em
processamento digital de sinal usados para processar sinais de áudio, vídeo e outros, quer em tempo real quer em off-line.
Frame Pacote transmitido através de uma linha serial. O termo é derivado de um
protocolo orientado a caracter que adiciona caracteres especiais de início e fim de frames, quadro na transmissão de pacotes.
Microcontrolador É um chip altamente integrado o qual inclui, num único chip, todas ou a
maior parte dos elementos necessários a um controlador. Minutiae São os pontos de interesse de uma impressão digital, detalhes precisos, tais
como bifurcações (um cume divisão em duas) e cume terminações. PIN Personal Identification Number (Número de Identificação Particular).
Código numérico específico que funciona como uma palavra de passe. RS-232 É um padrão para troca série de dados binários entre um terminal de dados e
um comunicador de dados. Síncrona Processo de comunicação no qual as mensagens emitidas por uma pessoa
são imediatamente recebidas e respondidas por outras pessoas. Volt É a Unidade SI de tensão elétrica (diferença de potencial elétrico), a qual
denomina o potencial de transmissão de energia, em Joules, por carga elétrica, em Coulombs, entre dois pontos distintos no espaço.
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ANEXO I – ESPECIFICAÇÕES DE COMPONENTES
Neste tópico são inseridos as especificações dos componentes usados na construção do
Alarme Biométrico como mostrado nas figuras 16 e 18. Devido a quantidade de páginas que cada
componente possui, será então, inserido apenas uma folha, que contém o diagrama elétrico dos
componentes abaixo:
• ADUC842................................................................................................01 pág.
• BC548...................................................................................................... 02 pág.
• MAX232.............................. ...................................................................14 pág.
• KM681000BLP-7....................................................................................11 pág.
• 74LS138...................................................................................................07 pág.
• 74LS373.............................. ....................................................................08 pág.
Para visualizar toda as especificações, favor acessar o site mostrado no item [9] da
referencia bibliográfica.