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Domótica - Universidade Federal do Pará

1. 62 Q ex e E 4 a E rt m es Figura 3 16 Fluxograma das tarefas 3 4 Protocolo Protocolo um conjunto de padr es de comunica o No contexto de telecomunica es protocolo um conjunto formal de conven es que regulam o formato e o sincronismo da troca de mensagens entre dois sistemas de comunica o 32 A solu o da constru o do protocolo que ser o discutidas a seguir baseada em uma linguagem pr pria compreendida entre os dispositivos 3 4 1 Constru o do Protocolo A constru o de um protocolo importante pois nela est o contidas as informa es e regras que estabelecem a comunica o entre sistemas Por meio da implementa o de um conjunto de protocolo se faz poss vel a integra o das diferentes tecnologias de comunica o aqui proposto A Figura 3 17 mostra a arquitetura do protocolo de comunica o constru do para atender os diferentes padr es IEEE 802 15 4 ZigBee e IEEE 802 20 GSM GPRS na transmiss o dos dados pela rede 63 3 Bit s REG icac 1 Bit s Valida o de Identifica o do Autentica o Protocolo Dispositivo SSS Valida o de Protocolo L 3 Bit s REG ID 1 Bit s Valida o de Identifica o do Identifica o de Valida o de Protocolo Dispositivo Processo Protocolo e o de Dados Procons Informa es do Processo i Sensores e Atuadores Controle Remoto ao GPRSx RSSF Fi
2. 12 CIARDIELLO Tony Wireless communications for industrial control and monitoring IEEE Computing and Control Engineering pp 12 13 2005 118 13 BAKER Nick Zigbee and bluetooth Strengths and weakenesses for industrial applications IEEE Computing and Control Engineering pp 20 25 2005 14 EVANGELISTA Davi Stoll Trabalho de Gradua o INTEGRA O DE REDES DE SENSORES ZIGBEE PARA AUTOMA O PREDIAL UTILIZANDO M DULOS MESHBEAN setembro de 2010 15 GISLASON D Zigbee Wireless Networking Electronics amp Electrical Editora Newnes 2008 16 PINHEIRO Jos Ricardo G ULSON J Alfredo C CAMPOS Fernando S Artigo Sistema de Medi o para Localiza o de Faltas em Alimentadores de Distribui o de Energia El trica Baseado em Redes de Sensores sem Fio Padr o IEEE 802 15 4 2008 17 DAVI STOLL EVANGELISTA Trabalho de Gradua o INTEGRA O DE REDES DE SENSORES ZIGBEE PARA AUTOMA O PREDIAL UTILIZANDO M DULOS MESHBEAN setembro de 2010 18 SILVA Renan R CASAGRANDE Rog rio A Gerenciamento de servidores Linux a partir de dispositivos celulares com suporte a J2ME utilizando protocolo de comunica o SSH 19 BOWEN Calvert L Artigo USING WIRELESS NETWORKS TO ASSIST NAVIGATION FOR INDIVIDUALS WITH DISABILITIES 20 IM Jinsung CHOI Dukho SHIN Kangsoo KIM Sunryang SOHN Jinho Location based Hybrid Application Using Wi Fi Zone 21 FI
3. algumas tarefas quase que ao mesmo tempo Por m em muitos casos quando n o se tem o problema de analisar v rias entradas ao mesmo tempo n o h portanto a necessidade de usar uma interrup o Sendo assim necess rio compreender que o uso das interrup es se faz necess rio quando se tem de realizar algumas tarefas importantes quase que ao mesmo tempo e n o se tem o controle de quando elas ocorrer o Tamb m pode se usar as interrup es para diminuir o consumo do microcontrolador Se nada est acontecendo pode se coloc lo para dormir modo Sleep Assim o consumo reduzido e somente quando uma interrup o gerada ele volta ao modo normal processa a interrup o e volta a dormir Geralmente aparelhos port teis utilizam este tipo de recurso pois s o alimentados por baterias e o consumo sempre cr tico 3 2 5 Barramento de Comunica o RS485 O uso desse tipo de comunica o pelo fato de se trabalhar em modo diferencial seja a diferen a entre as tens es na linha dir o se o mestre est transmitindo 1 ou O Sua escolha para esse prop sito foi devido apresentar imunidade a certas interfer ncias principalmente por se estar perto dos demais componentes eletr nicos do sistema GPRSx tais como fonte de alimenta o cooler e outros A RS485 suporta a comunica o half duplex e full duplex sendo que para a primeira ha necessidade da utiliza o de um cabo par tran ado enquanto
4. digital por greg johnson 28 OLIVEIRA Andr S ANDRADE Fernando S Sistemas Embarcados Hardware e Firmware na Pr tica Editora rica Ltda 2006 1 Edi o 29 SANTOS Ricardo D L Redes GSM GPRS EDGE e UMTS UFRJ lt http www gta ufr br ensino eel879 trabalhos vf 2008 2 ricardo 3 html gt Acessado em 20 Dez 2010 30 Usando comandos de modem AT b sica 2004 Dispon veis em lt http support microsoft com kb 164659 pt br gt Acesso em 21 Dez de 2010 31 Wikip dia Sistema Embarcado modificada pela ltima vez s 20h09min de 16 de dezembro de 2010 lt http pt wikipedia org wiki Sistema embarcado gt Acesso em 17 Dez 2010 32 BOLZANI Caio A M Resid ncias Inteligentes um curso de Dom tica 1 ed S o Paulo Editora Livraria da F sica 2004 33 WOLF ngelo Supervis o remota via web de ambiente automatizado simulado Centro Universit rio FEEVALE Novo Hamburgo 2005 34 ANGEL Patr cia Marta FRAIGI Liliana Beatriz INTRODUCCION A LA DOMOTICA 1993 35 AURESIDE Associa o Brasileira de Automa o Residencial Temas t cnicos Homeoffice Novidades na Rede Dom stica Dispon vel em lt http www aureside org br temastec default asp file homeoff iceasp gt Acesso em 24 12 2004 36 OLIVEIRA A M Automa o Residencial Monografia apresentada ao Departamento de Ci ncias da Administra o e Tecnologia do Centro Universit rio de Araraquara 2005
5. eeeeeescceesseeeesteeeenteeees 78 5 Empacotamento dos protocolos pelo GPRSx 79 6 Protocolo transmitido para o servidor remoto 80 7 Localiza o do Pr dio do NESC caes Seta acne stedet ator ycdsbvertesantelnaedaidatds 84 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 8 Planta do pr dio do NESC UFPA erre 84 9 Software X CTU para verifica o da Pot ncia do Sinal 85 10 Ponto de coleta do n vel do sinal no LAMIC 0 ee eeeceeeseeeeeteeeeeteeeenes 86 IT Testesde Alcance do Sinal sa age esa a asa AO and pa carona 86 12 Pot ncia do sinal em rela o dist ncia 87 13 Software desenvolvido para os testes dos pacotes transmitidos 88 14 P nto del metro cssssninospusesiisianiini neha ae 88 15 Ponto de MEIOS nl asas ae SDS aces rap aaa aeae Eatas 89 16 Ponto de 1 6610S iuicia ei dati teckel nadine 89 Ponto Ce 32M LEGS a mes ns A as hoes Maras tk a ee ns fet See eet 90 18 Pomtorde 40 metros u nan se ceo ocreeutivee cued paea EE ERE sanada 90 19 Ponto de Al BAS OSs 2 225
6. Unidade Central de Processamento Comando Iniciar GPRSx Dados da RSFF Processador Processador Operacional De Dados Figura 3 14 Procedimentos de instru es entre microntroladores Sua comunica o se realiza por meio de duas portas seriais UART a primeira utiliza a interface RS232 entre o modem GSM GPRS e a outra RS485 entre o segundo processador do sistema No fluxograma da Figura 3 15 ilustra o procedimento de como processador operacional efetua suas etapas no sistema 61 Aloce memoriz par zs veriaveis Configura as portasds entrada saida Envia comandos AT s20 modem Modem Respondeu Preparz conss o com operadora celular Efetue chamads acobrar zo usu rio Porta UART2 Envia comando de instru o 30 Processodor de Dodos comunica o com modem Emite apitos sonoro e luminoso Estabsisceu a conex o Entrano modo ALARME Prepara z conex o com Servidor Estourou as5 tentativas de conex o Conex o aberta viz servico GPRS Figura 3 15 Fluxograma de Tarefas do Processador Operacional O processador operacional somente funciona no modo ativado nao de sua responsabilidade tratar os dados da rede realiza apenas o controle Acumula maior parte das tarefas do OSEx Na Figura 3 16 mostra a sequ ncia das tarefas pr definidas e as interrup es do sistema realizadas no processador de dados
7. L AMA Ponto de Acionamento Figura 4 28 Software visualizando os dados monitorados em tempo real no grafico O primeiro grafico acima de temperatura e umidade mostra os valores registrados a cada 5 minutos no banco de dados esse armazenamento ajuda no acompanhamento das varia es de climatiza o do ambiente durante o dia de maneira que se pode notar qual o hor rio na qual esses valores foram mais cr ticos O segundo gr fico visualiza a intensidade de luz incidente no ambiente em tempo real a linha verde do gr fico indica o n vel de luz coletado pelo sensor LDR e a linha laranja o ponto de ajuste para acionamento autom tico das luzes quando est o no modo autom tico Quando a linha verde estive abaixo da laranja o sistema enviar um comando para o m dulo atuador para acionar as luzes do ambiente isso somente ocorre quando o ambiente estiver aproximadamente escuro Esse n vel de escurid o para o disparo das luzes ajustado pelo usu rio com a ajuda do gr fico onde com aux lio do software atrav s da alavanca a esquerda do gr fico ajustada a linha laranja para um ponto de disparo do modo que o usu rio achar melhor 98 Os testes realizados em termos de gerenciamento do software para receber os dados do modulo n sensores process los e transmiti los atrav s do protocolo de controle ao m dulo n atuador por meio de um sistema distribu do se mostrou eficiente Testes realizados no GPRSx
8. e julgada adequada para obten o do t tulo de Mestre em Engenharia El trica BANCA EXAMINADORA Prof Agostinho L da Silva Castro Orientador PPGEE UFPA APROVADA EM 31 01 2011 Prof Dr Ronaldo de Freitas Zampolo Membro EngComp UFPA Visto Prof Dr Dionne Cavalcante Monteiro Membro ICEN UFPA Prof Dr Marcus Vinicius Alves Nunes Coordenador do PPGEE ITEC UFPA Prof Dr Eduardo Coelho Cerqueira Membro PPGEE UFPA DEDICAT RIA Dedico minha fam lia em especial meus pais e minha namorada AGRADECIMENTOS A DEUS que todos os dias de minha vida me deu for as para nunca desistir Ao Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica PPGEE UFPA pelo apoio minha participa o no mestrado Ao meu orientador Professor Dr Agostinho L da Silva Castro por seu apoio e amizade al m de sua dedica o compet ncia e especial aten o nas revis es e sugest es fatores fundamentais para a conclus o deste trabalho Aos professores que destinaram parte de seu precioso tempo para participarem desta pesquisa Ao Prof Dr Dionne Cavalcante Monteiro Prof Dr Eduardo Coelho Cerqueira e Prof Dr Ronaldo de Freitas Zampolo por aceitarem participar da Banca de Defesa desta Disserta o proporcionando discuss es e sugest es que servir o para crescimento aprendizado e incentivo pesquisa Ao Prof Dr Jurandyr Nascimento Garcez pela oportunidade de bolsa de projeto pel
9. 120 37 TEZA V R Alguns aspectos sobre a Automa o Residencial Dom tica Disserta o submetida Universidade Federal de Santa Catarina 2002 38 LIN Shen XIANGQUAN Shi MING Ling A wireless network based on the combinationof Zigbee and GPRS Nanjing University of Science and Technology Nanjing 210094 China 2008 39 SUN Zengyou ZHAO Tao CHE Chenghua Design Of Electric Power Monitoring System Based On ZigBee And GPRS School of Information Engineering Northeast Dianli University Jilin City Jilin Province China 2009 40 WANG Guozhu ZHANG Junguo LI Wenbin CUI Dongxu JING Ye A Forest Fire Monitoring System Based on GPRS and ZigBee Wireless Sensor Network Beijing Forestry University China 2010 41 LI Haifeng Monitoring and Alarming System Based on Zigbee Technology School of Information Engineering Tianjin University of Commerce Tianjin 300134 P R China 2011 42 ZHAO Z CUI L Easimed A remote health care solution In 27th Annual International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society Shanghai China IEEE p 2145 2148 2005 121
10. 34 Frequ ncia de Corte C ssssssessesssessseesssseessressersseeesees 111 41 Digitaliza o das amostras EMG no computador 112 Figura 4 42 ea Sia recebidos ties ica siso papo ns eia puma 113 Figura 4 43 b Sinal tratado psisiesossasslesastasinquadea dds anise hie tla dee 113 Figura 4 44 Software do Servidor a5 istes eee eases eee ee eae 113 LISTA DE TABELAS Tabela 2 T BSPCCUICACOES asteca saia Dire E DD a aS 20 Fabela 3 RSI q Rios ARES aa ED millet at ato snereciesiuecea ion E ctor ae canst PRP 35 Tabela 3 2 Pinagem do M dulo Display LCD ea 36 Tabela 3 3 Estados operacionais dos dispositivos eletr nicos do GPRSx 40 Tabela de Desempenho ias na sa ait ga sa 42 Tabela 3 3 REQUISITO el trico sa dis ads Ee REL SSD DRDS dA E AE 42 Tabela 3 6 Principais comandos AT s utilizados no sistema 48 Tabela 3 7 Conjunto de Objetos do ESOX ssussssdateastas cass ngesis o rehes pueolnada denahas betedocnsessyies 53 Tabela 4 1 Distancia x Sinal sristi reinas inis ie dan casa ida ee 87 Tabela 4 2 Rela o Dist ncia Tamanho e Dispositivo ecceeeseeceeeeeeeeeeeceeeeeceteeeeeeeeees 92 Tabela 4 3 Rela o Distancia Tamanho Modulo e Dispositivo 93 Tabela 4 4 A Tabela de o pre o R Mbyte cobrado pelas operadoras 102 SUM RIO LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS eesesseseseroeoesesocoesesosoesos
11. Node Identifier Armazena o nome de identifica o do dispositivo Em rela o ao consumo de energia est o listados abaixo os registradores utilizados e SM Sleep Mode Define se o dispositivo entra no estado Sleep ou n o 43 e ST Time Before Sleep Se estiver com o modo SM habilitado define o tempo de funcionamento antes de entrar no estado Sleep e SP Cyclic Sleep Period Se estiver com o modo SM habilitado define o per odo entre um estado Sleep e o pr ximo J com os registrados de I O apenas um pino foi necess rio e DO DIOO Configuration Pino de I O que pode funcionar de diversas formas inclusive como conversor anal gico digital Esses par metros configurados acima servem para os demais n s sensores da rede dessa forma seguem o mesmo valor l gico pois a topologia em malha pode seguir v rios caminhos pela rede Cada m dulo possui um endere o f sico diferente em seu firmware e o que se altera o somente o endere o l gico Os demais par metros do m dulo como as portas de entrada e sa da digitais ADs e outros n o est o sendo usado no sistema A Figura 3 7 ilustra a topologia de rede e como est o configurados os par metros dos m dulos XBee Pro My 0 DL 0 NI Sensor 01 A 3 GPRSx DL 0 My 0 L ry NI Sensor 02 DL 0 NI Coordenador DE E EE y E ES Dn me ES My 0 DL 0 NI Sensor 03 Figura 3 7 Topologia e Configura o dos M dulos
12. Permitindo ao usu rio se conectar a internet enviar e receber mensagens SMS ou realizar chamadas telef nicas em qualquer parte do mundo No que se refere ao custo de utiliza o as linha telef nicas convencionais tem um pre o elevado comparado tecnologia GPRS para transmiss o de dados As tarifas s o cobradas por minuto de conex o ou seja pelo tempo de conex o estabelecida mesmo que os dados n o sejam trafegados al m de n o possuir mobilidades tem as limita es dos fios e cabos telef nicos meio f sico Com a utiliza o dos servi os de dados m veis GPRS no sistema GSM a tarifa baseada no volume de dados enviados e recebidos e independente de tempo de conex o e por serem transmitidos por sinais de r dio n o precisariam de uma infra estrutura cabeada As operadoras celulares possuem uma ampla cobertura facilitando o acesso em locais que jamais poderiam ser utilizados fios e cabos para transmiss o A comunica o realizada serialmente atrav s do padr o RS232 do modem conectados a um conversor de n vel para que sejam ser ligados as portas da UART s dos microcontroladores dsPIC30F3014 do sistema GPRSx Para se comunicar com modem o microcontrolador deve possuir as mesmas configura es na porta serial O modem inicia com controle de fluxo ativado ou seja precisa ter os pinos CTS e RTS conectados al m de TX e RX Se o cabo de conex o utilizado estiver usando apenas os pinos TX RX e GND deve s
13. de Pacotes Figura 3 19 Armazenamento de dados em buffer no processador de dados O processador de dados ao recebe uma informa o pela porta de comunica o verifica se o que recebeu um protocolo v lido ou n o se for processa e armazena os dados em buffer sen o descarta e aguarda por um novo protocolo da rede Toda vez que identificado um protocolo v lido o sistema se prepara para protocolar o formato para serem transmitidos pois basta um protocolo de um determinado n sensor para que estes sejam repassados para o servidor remoto Como cada n sensor possui um buffer para armazena os dados que chegam tamb m h um buffer de sa da para armazenar os dados enfileirados ap s o processo de empacotamento Esse processo funciona da seguinte maneira O sistema verifica constantemente se h dados em todos os buffers do processador de dados se existirem em um ou mais ir realizar o processo de empacotamento de dados no protocolo seguindo os crit rios como ilustra a Figura 3 20 3 Bits REG D Dados 1 Bits Valida o de Identifica o do Identifica o de Valida o de Protocolo Dispositivo Processo Informa es do Processo Protocolo E 8 Figura 3 20 Protocolo de comunica o entre o GPRSx e o Servidor Todos os dados de um n sensor s o colocados na estrutura do protocolo como ilustrado a Figura 3 20 Este protocolo se destina a transmiss o do GPRSx ao servidor assim 67 como para os
14. o ao GPRSx Essa configura o permite tamb m m ltiplos caminhos ligando um dispositivo aos outros dispositivos da rede de forma a permitir uma maior robustez na rede Essa topologia permite que com a entrada de novos dispositivos a rede se ajuste automaticamente durante sua inicializa o otimizando o tr fego de dados Com essa 75 topologia poss vel construir redes mais extensas e de maior complexidade possibilitando o controle e monitora o de uma maior rea 4 2 3 M dulo Sensor Nessa se o ser brevemente apresentada a constru o do m dulo n sensor seus diferentes sensores e o funcionamento na integra o com os demais dispositivos da casa A Figura 4 2 mostra o m dulo com as descri es e localiza es dos sensores LDR Sensor oer l Temperatura e Luminosidade a Sensor Liga Desliga Magn tico M dulo Sensor Sensor Infra Vermelho Presen a Figura 4 2 M dulo N Sensor Utilizando se este m dulo poss vel reduzir os gastos de energia el trica por meio das fun es de regula o de intensidade da luz usando se o movimento de pessoas ou atrav s da redu o de luminosidade em pelo anoitecer escurecer do ambiente Este m dulo agrega sensores para percep o de mudan as no ambiente tais como e Varia es na temperatura e umidade do ar e Luminosidade do ambiente e Percep o de presen a de intrusos no local atrav s do sensor de infravermelho e Identificadores
15. o da UFPA um ambiente que cont m diversas salas corredores banheiros e 83 entre outros c modos um cen rio que retrata um ambiente residencial real como mostra a Figura 4 7 e a planta do pr dio na Figura 4 8 4 naa es res Figura 4 7 Localiza o do Pr dio do NESC Figura 4 8 Planta do pr dio do NESC UFPA Ferramentas de Testes Para conhecer a m xima dist ncia dos m dulos XBee Pro da tecnologia ZigBee utilizadas nos m dulos sensor e atuador aqui constru dos usou se o software X CTU da Maxstream para testar o nivel de sinal entre os n s da RSSF Para os testes foi utilizado o canal 15 que n o interfere nas transmiss es do padr o IEEE 802 11b e vice versa na frequ ncia de 2 425MHz e com pot ncia m xima em todos os transceptores A Figura 4 9 mostra a tela de teste efetuado onde a barra indica a pot ncia do sinal recebido pelo m dulo conectado ao computador Neste caso o transmissor que est conectado ao computador envia o sinal a outro m dulo XBee Pro remoto equipado com um conector de loopback e com isso o sinal volta ao transmissor e pode se ent o saber quantos pacotes 84 enviados foram recebidos de volta e pode se tamb m medir a intensidade do sinal entre os m dulos 15 X CTU COM9 About PC Settings Range Test Terminal Modem Configuration E Percent 100 0 Min msec Clear Stats Max msec ote tel an R S S lt lt lt
16. por exemplo Mortores AC L mpadas etc Neste caso foi direcionado para as l mpadas onde alterou se sua intensidade luminosa conforme o perfil do usu rio Seus valores de controle variam entre 0 1 2 e 3 cujos significados s o respectivamente o Desligado tens o O volts o Ligado a uma intensidade de 20 o Ligado a uma intensidade de 60 o Ligado a uma intensidade total de 100 As vantagens deste protocolo s o ao inv s de enviar separadamente cada protocolo correspondendo a cada n da RSSF aumentando o buffer de sa da de transmiss o dos microcontroladores e atraso na atualiza o das mudan as do ambiente envia se de uma nica vez essa estrutura de protocolo com todas as informa es do ambiente O protocolo cont m um tamanho de 55 bytes de mensagem tornando mais eficiente atualiza o das informa es no sistema Da mesma forma s o enviados pelo servidor para a RSSF protocolos onde cont m comandos de controle para atuar no ambiente O GPRSx ao receber essas informa es por meio da comunica o GPRS efetua um broadcast pela RSSF todos os n s da rede recebem esse protocolo cabendo apenas o n direcionado process los Entretanto o servidor somente envia o protocolo para controlar o ambiente atrav s do m dulo atuador existente no ambiente A tecnologia ZigBee permitem atuar com v rios n s sensores na rede Para o sistema GPRSx n o ser diferente para cada novo m dulo ou n sensor definido uma
17. process and production services education opportunity for people to grow and thrive entertainment virtual worlds for entertainment shopping and games a high traffic volume text voice images video As a result the Internet has become like electricity or water a public good With almost 2 billion of users about 28 of world population the Internet is becoming increasingly a pervasive infrastructure providing anywhere and anytime connectivity and services This world of the Internet current is the result of successive changes that have occurred since its inception and became the communications infrastructure of critical importance In terms of communication technologies mobile wireless systems have a special place because of its exceptional propagation in the last decade and along with the Internet has allowed the emergence of smart devices the introduction of new innovative services and demand for an environment that supports innovation and creativity However the various network standards to support mainly to access to last mile are disadvantages to the user s perspective because it has to enable these networks to contract the services and often to have specific terminals to access them The idea of a single standard for these networks did not achieve satisfactory results and a solution points for the integration of these networks to provide unique and transparent access to the user This paper therefore presents an embedded sol
18. GPRSx efetuou todos os procedimentos de falhas poss veis de forma correta pelo OSEx como programado para essas situa es no sistema A imagem na Figura 4 31 a mostra no exato momento em que o sistema GPRSx falha e entra na tarefa Alarme do OSEx realizando uma chamada remota ao celular para avisar sobre o ocorrido com o sistema ot OB SIMI Incoming IGPRSx Alarme a b Figura 4 31 Teste do GPRSx realizando uma chamada remota ao celular O cancelamento do Alarme pelo sistema realizado atrav s do pr prio celular por onde a chamada foi recebida por meio do bot o de interrup o na parte frontal do GPRSx tamb m foi testado Para este cen rio o GPRSx efetuou a liga o para o celular avisando da falha realizando se a rejei o desta para que o sistema entendesse a situa o de alerta A imagem na Figura 4 31 b mostra o GPRSx recebendo o comando ap s a rejei o da liga o 101 cancelando o alarme e deixando o sistema inoperante at receber um novo comando para restabelecer seu funcionamento novamente A reinicializa o do sistema GPRSx de forma remota tamb m foi testada Utilizando o mesmo celular se efetuou o teste para se restabelecer o funcionamento ap s o cancelamento do Alarme Este teste consiste em realiza o a uma chamada via GSM para o GPRSx O GPRSx por sua vez foi configurado para receber a liga o e resetou todo o sistema 4 2 4 An lise do Custo da Transmiss
19. Hide I Stop on error Test Data receive timeout I 1000 msec GAECDEFCHIJKLINOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFCGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 BABCDEFCHIJELMNOPQRSTUVIXY20123456789 BABCDEFGHIJEKLMNOPQRSTUVIIXYZ0123456789 RABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVIIXY2Z0123456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWAYZ0123456789 ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWUXYZ0123456789 GABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ01Z23456789 GABCDEFCHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789 Transmit Receive COMI 9600 8 N 1 FLOW NONE Figura 4 9 Software X CTU para verifica o da Pot ncia do Sinal Portanto para obten o dos resultados dos testes foi colocado um n transmissor na sala de laborat rio LAMIC Laborat rio de Monitoramento Inteligente e Comunica o do pr dio do NESC no qual se coletou as medi es de n veis de pot ncia em dBm em rela o a dist ncia do outro n A Figura 4 10 mostra o local da an lise a verifica o das informa es no computador atrav s do software a as anota es para obten o dos resultados 85 Figura 4 10 Ponto de coleta do n vel do sinal no LAMIC Uma vez fixado um ponto do n sensor era preciso distanciar o outro para checar o alcance entre os mesmos por m atrav s do grande comprimento d
20. Para os testes no dispositivo GPRSx foi utilizado um celular com conex o Wi Fi para se efetuar os testes de controle remoto nas fun es de ligar e desligar o GPRSx Foram realizadas v rios testes para checar a ocorr ncia de falhas de erros que poderiam ocorrer Dos resultados conclui se que tanto por meio da comunica o sem fio Wi Fi como ZigBee apresentaram o funcionamento adequado executando as fun es corretamente A Figura 4 29 e 4 30 mostram na segii ncia dos testes utilizando uma conex o Wi Fi e ZigBee atrav s do uso de um celular e um notebook Figura 4 29 Teste efetuado utilizando um celular com conex o Wi Fi para ligar o GPRSx 99 Controle remoto do GPRSx utilizando o software do sistema residencial Be f bawie Peh Camme Drorst Sma Part iie ima te Larak memain e pca wee a maka a a rao Figura 4 30 Teste utilizando o software do sistema para o controle remoto do GPRSx Na sequ ncia de testes o segundo passo foi o de verificar o sistema de falhas e erros da tarefa Alarme GPRSx Entretanto para que ocorresse uma falha no sistema e se pudesse testar seu total funcionamento v rios eventos de falhas e erros foram simulados tais como 1 Falha na detec o de perif ricos do sistema GPRSx Para verificar a efici ncia do OSEx na execu o de tarefas foi simulado um cen rio na qual se removeu o cabo de conex o dos microcontroladores ao modem GSM GPRS Ao retirar e inici
21. Project Unidade Central de Processamento Processador Digital de Sinal Eletromiografia Asynchronous Receiver Transmitter Sistema Operacional Embarcado do Dispositivo GPRSx Denomina o do Sistema Desenvolvido Nesta Disserta o Institute of Electrical and Electronics Engineers Industrial Scientific andMedical Interface de Programa o de Aplica es Universal Serial Bus Figura 2 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 3 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 Figura 4 LISTA DE ILUSTRA ES 1 Compara o entre as tecnologias wireless 15 22 1 Arquitetura de comunica o do sistema de comunica o desenvolvida 29 2 Arquitetura de Hardware do GPRSX e 30 3 Pinagem do microcontrolador dsPIC30F4014 32 4 2 Intermipcoes do GP RS ss staf aed eect adie calle eas aed sais passados eatin 37 5 Indicadores de status do sistema GPRSX 39 6 As tr s vers es de antenas sta ispstsanigasalitasapessemntteainaastanal dois dacasdasa leis a as 41 7 Topologia e Configura o dos M dulos XBee Pro 44 8 Comuta es de circuito e de pacotes nas redes GSM e GPRS 46 9 Conjuntos de
22. UART Receiver 32 O m dulo BRG Baud Rate Generator possui um bloco para grava o da taxa de transmiss o de 16 bits o UART Baud Rate Generator Esse valor necessita ser calculado para a configura o desse m dulo de comunica o Conforme o c lculo UxBRG Frequ ncia do cristal Hz 16 Taxa de transfer ncia bps 1 Para a configura o da taxa de transfer ncia do sistema GPRSx utilizou a freqii ncia do cristal de 20MHz operando com 9600 bps 20000000 PAPO seo 1 129 2083 129 3 1 O m dulo de Transmiss o o cora o do m dulo de transmiss o da UART o Transmit Shift Register UxTSR que tem a fun o de adquirir os dados vindos do buffer de transmiss o o UxTXREG O registro UxTSR n o ser carregado at que o ltimo bit do dado stop bit da ltima carga tenha sido enviado Quando esse bit for transmitido o registrador UxTSR carregado com um novo dado contido no registrador UxTXREG se este estiver dispon vel 28 Existem duas formas de interrup o que podem ser geradas durante o evento de transmiss o de dados pela UART A primeira ocorre quando um dado enviado do buffer de transmiss o para o registro UxTSR A segunda muito parecida por m neste caso ap s essa opera o o buffer de transmiss o estar vazio O m dulo de Recebimento Neste caso no m dulo de recebimento da UART nos processadores digitais de sinais dsPICs a parte fundamental o seu reg
23. a presen a de pessoas no local O seu hardware constitu do de circuitos atuadores microcontrolados da fam lia 16F Microchip Esse m dulo trabalha com dois microcontroladores PIC16F628 e o PIC16F877 o primeiro realiza a comunica o e o processamento dos dados e outro o gerenciamento de controle sobre os atuadores rel s e triac al m de estar interconectado com o transceptor 77 ZigBee para acesso RSSF Cont m uma tomada AC que varia sua tens o atrav s de comandos locais e remoto serve para o controle de intensidade de l mpadas ventiladores e etc Inclui ainda mais duas tomadas AC para ligar e desligar equipamentos O acionamento dos dispositivos na casa diante o m dulo atuador ocorre de maneira manual ou autom tica No modo manual o usu rio pode ligar ou desligar o dispositivo atrav s do bot o encontrado na parte frontal do m dulo Uma vez pressionado atua no equipamento e transmitem a nova informa o pela RSSF at ao GPRSx sendo que este se encarrega de enviar o protocolo contendo o novo estado de mudan a ao servidor da aplica o remota pela comunica o GPRS da operadora Entretanto as novas altera es s o atualizadas pois o usu rio remoto pode verificar o que ocorreu no momento exato da altera o pelo usu rio local A outra possibilidade o usu rio dist ncia ter o controle desses dispositivos podendo acion los atrav s da p gina de dados utilizando um celular ou demais equipamentos com acess
24. com a aplica o tornou o sistema gen rico e altamente flex vel Existem por m algumas limita es que podem ser gerenciadas de acordo com a aplica o Uma das principais o tempo de abertura de comunica o do servi o GPRS em m dia em torno de 12 segundos Por m uma vez conectado o sistema passa est dispon vel a qualquer momento para receber e transmitir dados pela rede mantendo sempre aberta essa conex o Nos testes realizados para se verificar o funcionamento do sistema GPRSx na transmiss o dos dados at o servidor remoto constatou se que a taxa de transmiss o proporcionada pela rede GPRS nas operadoras dispon veis TIM CLARO OJ varia dependendo da conex o e momento Essa taxa de transmiss o GPRS est em torno de 40kbps a 70kbps comparados com a taxa tecnologia ZigBee que de 250kbps entre os m dulos transmissor e receptor A constru o e teste de um protocolo de comunica o e a implementa o de um algoritmo para processar essas diferentes taxas de transmiss o para integrar essa rede heterog nea tamb m se constituiu numa contribui o 115 Diante dos testes realizados utilizando o GPRSx no processo da automa o residencial se verificou a confiabilidade apresentada pelo software do sistema embarcado OESx no monitoramento e controle da casa Isto foi realizado com a constru o de m dulos sensor e atuador da RSSF e atrav s da integra o usando GPRSx das redes de comunica o Wi Fie GPRS
25. demais n s de tal forma que ao colocarem no buffer da porta de sa da da comunica o ap s o processo de empacotamento todos os protocolos s o concatenados na ordem de chegada fazendo com que se tornem uma grande mensagem a ser transmitida Uma melhor explica o disso pode ser visualizada da seguinte forma Para cada n da rede h um protocolo Todos os n s funcionam em termos de protocolo da mesma forma No final todos os protocolos dos n s s o concatenados ser tornando um grande protocolo contendo todos os n s sensores Devido s limita es na taxa de transmiss o do modem GSM GPRS t pico detalhado mais a frente em Limita es de hardware somente s o poss veis a transmiss o no intervalo de tempo de aproximadamente um segundo Devido a esse atraso na transmiss o os dados da RSSF que est o chegando no GPRSx v o sendo armazenados em buffer no exato momento em que a comunica o GPRS est ocupada no processo de transmiss o Diante disso os dados que est o em buffer v o sendo processados e empacotados em protocolo e colocados no buffer de sa da para que sejam transmitidos na pr xima sequ ncia de dados que n o foram transmitidos naquele intervalo de tempo 3 4 4 Descri o dos Quadros de Mensagem e Informa es de Controle O protocolo dividido em v rios quadros cada um contendo uma informa o importante para a interpreta o do sistema A Figura 3 21 mostra um exemplo de um protocolo c
26. e ss lt lt include gt gt Remota lt lt include gt gt Confirma o de Notifica o Local Confirma o de Notifica o Remota gt lt lt extend gt gt lt lt extend gt gt Sistema Inoperante Reboot E a Reboot Local x Remoto lt lt include gt gt Reiniciar Sistema Figura 3 11 Diagrama de caso de uso de chamadas remotas A seguir ser o apresentados a atua o de cada processador dentro do sistema EOSx suas fun es espec ficas e o fluxograma de funcionamento 3 3 2 Processador de Dados um dos processadores microcontrolador da unidade central de processamento do sistema GPRSx que realiza uma determinada tarefa espec fica dentro das quais respons vel em tratar as informa es tanto da RSSF como da rede GPRS da operadora celular Seu objetivo atuar diretamente com os dados da rede encarregado de receber e transmitir atrav s das interfaces de comunica es existentes no sistema Alivia o Processador operacional a tarefa de direcionamento das informa es da rede deixando apenas o controle e gest o operacional Na Figura 3 12 mostra o fluxograma de funcionamento inicial do sistema pois ao ser ligado o GPRSx inicia se no modo adormecido Para entrar em opera o e come ar a 57 processar os dados da rede espera por um protocolo de comando de controle proveniente da RSSF para entrar no modo operacional ativado E
27. e o surgimento de novos servi os Diversas aplica es como rede de sensores casas inteligentes telemedicina rodovias automatizadas t m avan ado por causa dessa tecnologia Este cap tulo tem como objetivo contextualizar o problema abordado nesta disserta o descrevendo algumas tecnologias sem fio e servi os associados Este cap tulo enfoca as redes de comunica o sem fio ZigBee Wi Fi e GPRS e os servi os s aplica es e servi os associados 2 1 Introdu o Hoje as LANs e WANs convivem com uma nova vis o de neg cio e necessidades que podem ser traduzidas principalmente atrav s da converg ncia das redes tradicionais de telefonia das redes de dados e das atuais tecnologias de redes de sensores sem fio Essas redes possuem equipamentos e infraestrutura pr pria e portanto a integra o delas deve permitir acesso aos mais diversos servi os de maneira nica originando uma rede heterog nea de tecnologia de terminais e servi os Essas caracter sticas no entanto apesar dos desafios t cnicos no desenvolvimento de novas redes trar o novas oportunidades a serem exploradas 1 2 1 1 Tecnologias Sem Fio As tecnologias de informa o sem fio s o tecnologias que envolvem o uso de dispositivos conectados a uma rede ou a outro aparelho por enlaces de comunica o sem fio A id ia da comunica o sem fio atrav s de transmissores e receptores via r dio frequ ncia surgiu em meados do s culo XIX a partir d
28. e o demais dispositivos se carregarem 51 2 Sincroniza o e Tarefa respons vel em sincronizar o modem atrav s de seus comandos AT s Desabilita o eco dos comandos enviados evitando a ocorr ncia de interrup es duplicadas desnecess ria para o sistema Essa tarefa ainda n o garante a valida o dos testes entre os perif ricos do sistema 3 Detec o do Sistema ou Verifica o do funcionamento do sistema e Essa tarefa realiza a identifica o de ocorr ncias de falhas antes de prosseguir para as tarefas restantes por exemplo a abertura de comunica o com a operadora celular Esses testes de detec o de perif ricos se realizam devido ao desenvolvimento de um agente encarregado em monitorar as interrup es do OSEx e que adotam como resposta verdadeira ou falsa para as seguintes situa es Verdadeira Resultado validado com sucesso devido o modem GSM GPRS ter respondido pelos comandos solicitados pelo sistema Falsa Ocorr ncias de falhas poss veis para esse caso s o Cabo de conex o com o modem solta ou corrompida modem queimado ou problemas na fonte de alimenta o 4 Conex o A validade desta etapa prossegue para a tarefa descrita abaixo Operadora Etapa de conex o para abertura do servi o de comunica o de dados GPRS da operadora celular necess rio para disponibilidade dos dados na internet Esta tarefa se encarrega de conectar o sistema GPRSx a operadora por
29. em potencial Em 41 os autores apresentam um projeto baseado numa rede de sensores usando a tecnologia Zigbee IEEE802 15 4 Neste artigo uma rede usada para monitorar o estado de seguran a em uma comunidade inteligente e dar o alarme Cada n sensor no sistema composto de sensores e um chip integrado CC2430 A tecnologia GPRS utilizada para trocar dados completos entre o centro de monitoramento remoto e sub redes de sensores sem fios A utiliza o de uma rede de sensores sem fio baseada na tecnologia ZigBee desenvolvida para solucionar os defeitos de monitoramento e de sistema de alarme existentes No sistema sem fio todos os dados s o transmitidos atrav s de um m todo sem fio De acordo com os autores a utiliza o desta tecnologia permite a transmiss o sem fio de dados protegendo os sinais dos sensores de interfer ncias e sistema proposto possui pouco volume e peso Em 27 o autor mostra uma interessante aplica o que trabalha com servi os voltados para o universo da mobilidade Um dos objetivos do trabalho foi o de utilizar para o desenvolvimento desta aplica o a plataforma para aparelhos m veis Android do Google trabalhando alguns dos conceitos desta tecnologia A aplica o VaDeOnibus desenvolvida no trabalho faz uma consulta de linhas de nibus que o usu rio pode utilizar para ir do ponto onde se encontra at um local de destino especificado O autor destaca que a aplica o apresenta potencialidades q
30. futuras redes de comunica o Estas novas possibilidades est o relacionadas sobretudo utiliza o da internet para o acesso servi os e englobam mobilidade tecnologias de baixo custo crescimento e empregos pela Internet participa se de cada processo de neg cios e produ o servi os educa o oportunidade para as pessoas crescerem e se desenvolverem entretenimento mundos virtuais para o lazer compras e Jogos volume de tr fego maior texto voz imagens v deo Como uma consequ ncia a Internet se tornou semelhante a eletricidade ou gua um bem p blico Com quase 2 bilh es de usu rios aproximadamente 28 da popula o mundial a Internet est se tornando cada vez mais uma infraestrutura difusivo oferecendo em qualquer lugar a qualquer momento conectividade e servi os Este mundo da Internet atual o resultado de sucessivas altera es que aconteceram desde o seu surgimento e que tornaram a infraestrutura de comunica o de import ncia cr tica Em termos de tecnologias de comunica o os sistemas m veis sem fio t m um lugar especial devido a sua difus o excepcional na ltima d cada e que junto com a Internet tem permitido o aparecimento de dispositivos inteligentes a introdu o de novos servi os inovadores e exigindo para tanto um ambiente que suporte a inova o e criatividade Por m os v rios padr es de redes para suporte principalmente ao acesso de ltima milha s o desvantagens na p
31. m dia Portanto a tecnologia real e est presente cada vez mais no cotidiano das pessoas Pensando se nisso foi escolhido esse cen rio para os testes da solu o embarcada GPRS visto que a casa possui diversos dispositivos e ou aparelhos que necessitam se monitorados e controlados uma vez que o sistema proposto se adapta facilmente sem necessidades de grandes instala es por acoplar seus m dulos sem fio e integra se com outras tecnologias sem fio que o usu rio possa vim ter em sua casa Um exemplo poder integrar o notebook wireless ao sistema da casa e ou o controle atrav s de seu celular 4 2 2 Cen rio de testes para o processo de dom tica A Figura 4 1 apresenta uma arquitetura do cen rio residencial proposto para realiza o dos testes formado por diversas tecnologias de comunica o sem fio do tipo IEEE802 11 Wi Fi IEEE802 15 4 ZigBee e IEEE802 20 GSM GPRS todas interligadas ao dispositivo GPRSx 13 Equipamento Ambiente GPRSx Residencial Y M dulo Acionador M dulo Sensor IEEE 802 15 4 5 i IEEE 802 11 m o M dulo Servidor Local Celular PDA Smartphone IEEE 802 20 Operada ao Celular Ambiente GSM GPRS a Remoto 1 ai IEEE 802 3 Celular PDA Servidor Remoto a a Figura 4 1 Cen rio de teste na dom tica Na rede ZigBee foram constru dos mais dois m dulos sendo eles compostos de sensores e atuadores al m do GPRSx Utilizando
32. m da mem ria de armazenamento do microcontrolador pois os dados da rede ao chegarem ao GPRSx s o guardados temporariamente em um buffer antes de serem transmitidos ao servidor remoto Na se o protocolo apresentada a forma como s o tratados os dados e a maneira de como protocolo integra as diferentes de redes 3 3 3 Processador Operacional o processador respons vel gerenciar a maior parte dos recursos do sistema sua principal fun o manter o sistema em opera o executa as a es para colocar o sistema GPRSx em funcionamento na rede da operadora celular se encarrega de cumprir as tarefas pr definidas verificar e tratar os perif ricos acoplado ao hardware tais como Display LCD interrup es sinalizadores de estados notifica o do sistema e interface de comunica es interna e externa 60 O processador operacional dedicado gest o de tarefas para preparar o servi o e garantir ao processador de dados a possibilidade de comunica o Sua opera o inicia ap s uma mensagem de inicializa o por parte do processador de dados que aguarda pelo processador operacional um retorno de libera o para iniciar a transmiss o de dados ap s ter completado a abertura do servi o de comunica o GPRS para a transmiss o e recep o de dados pela rede como ilustra a Figura 3 14 Procedimento de abertura de Transmite e recebe dados pela comunica o de dados GPRS comunica o GPRS gt GSM GPRS
33. meio da discagem de conex o Entretanto foi programado para cinco tentativas de discagem antes de gerar uma falha para o sistema pois em certas ocasi es n o acontece a conex o nas primeiras tentativas devido disponibilidade do servi o baixo n vel do sinal de r dio ou mesmo aus ncia de cr ditos para custear o servi o H a checagem inicial de cr ditos antes de se iniciar 0 servi o Servidor Tarefa que interliga o sistema GPRSx aplica o servidora S o definidos o endere o IP do servidor e a porta da aplica o em casos 52 de n o encontrar o servidor na rede gerado uma falha pelo sistema OSEx 5 Alarme umas das tarefas que n o seguem uma segii ncia pr definida no OSEx pois sua fun o chamada quando ocorre falhas e erros no GPRSx Esta tarefa descrita no t pico Notificadores do Sistema 6 Interrup es Rotina de alta prioridade dentro das tarefas do OSEx respons vel em atender os eventos de comunica o interna e externa 7 Dados Principal tarefa do processador de dados que por meios das interrup es o processador trata e analisa os protocolos realizando a checagem nos bits de valida o separa o dos dados de seus respectivos n s da rede e encaminha para o servidor e vice versa A Tabela 3 7 mostra todas as tarefas do ESOx o processador onde se realiza o processamento e o n vel de prioridade no sistema Tabela 3 7 Con
34. no sistema entre os quais 1 Alerta Notificadores do sistema O GPRSx emitem sons alertando que ocorreu uma falha no sistema Esses sons partem do equipamento atrav s de um dispositivo chamado de buzzer incorporado no hardware fazendo com que alerte at certa dist ncia poss vel conferir do que se trata visualizando o m dulo display situado na parte frontal do equipamento 2 Alerta Liga es telef nicas Realiza chamadas telef nicas via rede GSM aos seus respectivos usu rios operacionais respons vel pela manuten o do GPRSx Essas liga es s o efetuadas por chamadas a cobrar visto que umas destas falhas podem ser devido falta de cr dito para prover o servi o O usu rio ao atender remotamente por essa chamada saber do que se trata pois basta rejeitar a liga o que o sistema cancelar o alarme do equipamento sem a necessidade de aceitar a chamada pois para o sistema fica subentendido que conseguiu avisar sobre o ocorrido Outra fun o a de reinicializa o total do sistema para que tente novamente estabelecer as etapas essenciais ao sistema Isso pode ser realizado atrav s de uma liga o telef nica ao sistema GPRSx sem haver a necessidade da presen a no local A Figura 3 11 mostra o diagrama de rela o entre o usu rio e o sistema atrav s de chamadas telef nicas remota 56 Sistema Falhou lt lt include gt gt Notifica o de Falha Local
35. o dos dispositivos e das taxas de dados Dessa maneira as aplica es para redes de sensores estavam fadadas a serem muito mais complexas e caras se utilizassem o padr o Wi Fi ou limitadas demais caso fosse escolhido o padr o Bluetooth Uma compara o entre essas tecnologias mostrada na Figura 2 2 que destaca as diferen as entre as taxas de transmiss o de dados e o alcance de cada uma 14 21 R pido Taxa de dados Lenta Pequeno Grande Alcance Figura 2 1 Compara o entre as tecnologias wireless 15 Na se o a seguir ser o abordados alguns servi os e aplica es acessados e ou permitidos pelas redes sem fio citadas 2 2 Trabalhos relacionados 2 2 1 Aplica es e servi os utilizando tecnologias de comunica o sem fio por meio da rede ZigBee Segundo 16 uma aplica o servi o usando a tecnologia ZigBee engloba o desenvolvimento de um sistema de medi o de baixo custo voltado para a localiza o de faltas em alimentadores de distribui o de energia el trica para a aquisi o dos dados de tens o e corrente de cada fase do alimentador No trabalho descrito um modo para garantir altos ndices de qualidade de fornecimento al m de proporcionar um baixo custo e possibilitar a aquisi o e processamento dos valores de tens o e corrente e com isso identificar ramais e ou setores de alimentadores sob falta facilitando assim o restabelecimento do fornecimento da energia ao consum
36. onde o mesmo pode acompanhar e registrar o momento exato podendo avisar o usu rio por meio da ativa o do alarme ou para acender as luzes do ambiente de maneira autom tica configurada pelo pr prio usu rio A identifica o de abertura de porta utilizando o sensor magn tico instalado no canto da porta para detectar quando a mesma estiver aberta e fechada apresentou timo funcionamento sem quaisquer erros na leitura do sensor assim como os demais existentes Figura 4 27 Tela do celular com as informa es do m dulo sensor 97 Utilizando o mesmo software desenvolvido para o sistema poss vel acompanhar por meio de um gr fico as informa es das medi es de temperatura umidade do ar e luminosidade em tempo real como mostra a Figura 4 28 IL Digital Home 1 7 Desenvolvido por Roberto Sato Rede local Rede Externa Internet Servidor Painel Gr fico Gr fico dos Sinasi dos Sensores Visualiza o Gr fica dos Sensores Medi es Temperatura 25 9 C Umidade 56 6 Tempo Real Imprimir Verde Temperatura Laranja Umidade Temperatura Umidade h i i i o 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 Gr fico de Luminosidade y y Ea r r Medi es Luminosidade 0539 Luminosidade 450 Ajuste Aplicar Imprimir Verde Luminosidade 940 942 944 946 949 950 952 054 950 958 960 962 964 988 068 970 972 474 G76 970 GOO 962 964 gge seg 990 G92 94 996 gag
37. os dados s o enviados e recebidos sempre que necess rio O GPRSx tem a finalidade de possibilitar o tr fego de dados por pacotes para que a rede de telefonia celular seja integrada internet O sistema GSM com o GPRS integrado recebeu o nome de gera o 2 5G sendo uma evolu o important ssima para a comunica o de dados m vel O GPRS permite taxas de transfer ncia em m dia de 40 kbps A Figura 3 8 representa a comuta o de circuitos e de pacotes na rede GSM ACNE LATE RS gt N g Pad po RTP ee T rv S VAS lt ATO f ae ave oz dados CSD paa o MNT PA f 850 IO Var PRA Cc s gt a pese ES A J ESA a J r a i PAS mes je 1 ral iy aed we E a Vaud N Figura 3 8 Comuta es de circuito e de pacotes nas redes GSM e GPRS 29 A t cnica permite que v rios usu rios compartilhem os mesmos recursos aumentando assim a capacidade da rede e permitindo uma ger ncia razoavelmente eficiente dos recursos Ademais a disponibilidade e grandes reas de cobertura s o vantagens do GPRS Portanto para que seja poss vel a utiliza o de servi o de comunica o de dados das operadoras celulares atrav s da tecnologia GPRS dentro da arquitetura proposta nesse trabalho foi utilizado de um modem GSM GPRS da Motorola Este modem possui conex o a cabo por meio de uma comunica o serial RS232 podendo ser projetados para ser usado com microcontroladores ou em computadores 46
38. ou seja os ganhos n o s o facilmente ating veis com dispositivos como o AD524 e AD624 e os circuitos exigindo um baixo custo A grande facilidade dispon vel neste amplificador est relacionada com o ganho dependente apenas do c lculo da resist ncia externa A equa o descrita abaixo informa o ganho do amplificador em fun o de sua resist ncia de ganho RG 4 1 O filtro a ser utilizado um filtro Butterworth de 4 ordem pois ele re ne as condi es para serem utilizadas na instrumenta o deste cen rio Apresenta uma fun o de transfer ncia quase totalmente plana para frequ ncias inferiores s de corte e uma elevada 106 atenua o para as frequ ncias superiores No projeto do filtro foi considerada uma frequ ncia de corte ponto de 3dB de 500Hz O projeto do filtro baseou se num filtro de 2 ordem de Sallen Kev conforme mostra a figura abaixo V Esse filtro caracteriza se por Ag Ganho a baixas frequ ncias Q 0 5 2 Fator de qualidade Cy ip 1 P 2nR CC Frequ ncia de p lo Onde Cl e C2 s o os capacitores R a resist ncia e fp a frequ ncia de p lo Nas aproxima es Butterworth as frequ ncias de corte e p lo relacionam se por um fator Ko tal que fe Ko Sp com K 1 4 2 A abordagem utilizada no projeto na realiza o de filtros de ordem superior consiste na cascata de andares de primeira e segunda ordem Com isso para se obter o filtro ativo pass
39. para realizar o monitoramento dos n s terminais O sistema utiliza GPRS para transmiss o remota com o intuito de realizar um sistema sem fio real Tal sistema pode reduzir custos e a complexidade de constru o e tem perspectivas de ampla aplica o podendo tamb m atingir as fun es tais como monitoramento controle e prote o das subesta es e equipamentos relacionados Em tal artigo os autores comentam que num futuro pr ximo com as grandes vantagens da tecnologia ZigBee juntamente com outras tecnologias sem fio haver uma profunda e completa altera o do aspecto do sistema de automa o de energia na qual os sistemas de vigil ncia sem fios desempenhar o um papel importante em Smart Grid Em 40 apresenta um sistema de monitoramento de inc ndio florestal baseado numa rede de sensores Zigbee e GPRS Um programa de implementa o de uma rede sem fio orientado para o monitoramento dos inc ndios florestais foi apresentado com base na tecnologia de comunica o GPRS e na tecnologia ZigBee As informa es ambientais da floresta s o coletadas por uma rede de sensores sem fio e transmitidas a um servidor FTP com IP da rede p blica na internet atrav s da rede celular pelo m dulo GPRS que era controlada por n coordenador O centro de monitoramento recebe os dados e atrav s da an lise de dados 25 hist ricos e dados em tempo real as decis es s o tomadas Tal sistema possui uma import ncia estrat gica para melhorar
40. por uma das tecnologias de acesso o usu rio passa a usufruir o servi o disponibilizado e interagir com o sistema no qual est inserido 1 3 Organiza o do Trabalho Este trabalho est organizado da seguinte maneira o Cap tulo 1 apresenta o cen rio de uso de redes em diferentes tecnologias sem fio e uma nova concep o para a nova gera o em sistema de comunica o a motiva o e o principal objetivo deste trabalho O Cap tulo 2 apresenta respectivamente conceitos sobre tecnologias de redes sem fios principais servi os e aplicativos oferecidos e a import ncia das heterogeneidades e a converg ncia das futuras redes O Cap tulo 3 descreve a metodologia desenvolvida para a solu o embarcada de integra o de redes heterog neas apresentando sua constru o de hardware e software bem como sua operacionalidade e o desenvolvimento do protocolo de comunica o entre redes O Cap tulo 4 apresenta os testes e resultados obtidos atrav s de dois cen rios a fim de verificar o desempenho entre redes O Cap tulo 5 finaliza a disserta o com as contribui es e trabalhos futuros 16 Cap tulo 2 Considera es sobre as redes de comunica es sem fio e servi os Redes de comunica o sem fio wireless s o redes de computadores e de comunica o que utilizam ondas eletromagn ticas para transmitir informa es pelo meio do ar 1 A tecnologia sem fio um paradigma revolucion rio que possibilita a melhoria
41. que a segunda s o necess rios dois pares de cabos Este tipo de comunica o alcan a grandes dist ncias Pode se chegar at 1200m 9600 bps O barramento de comunica o 485 composto de dois fios sendo um destes chamados de A e o outro de B A Tabela 3 1 mostra os estados l gicos da linha A e B de acordo com o dado que o transmissor quiser enviar 2 ar f Este meio utiliza a estrutura mestre escravo onde h uma m quina que faz a pergunta e os escravos respondem de acordo com o frame que estiver com o mesmo endere o ajustado no escravo 34 Tabela 3 1 Driver Entrada Controle Sa da D DE A B H H H L L H L H X L Z Z Descri o da Tabela 3 1 H High Alto L Low Baixo Ressalta se que quando o transmissor Entrada D fica em alto a linha A fica mais positiva que a B e o inverso ocorre quando o estado inverte Nota se que tamb m h uma linha de controle chamada DE e quando a mesma fica em n vel l gico baixo o barramento fica em alta imped ncia Para que o receptor identifique um sinal v lido a diferen a entre os terminais A e B deve ser maior que 200 mV Entre 200mV e 200mV o sinal n o indefinido Esse tipo de comunica o foi empregado no sistema para a comunica o interna entre processadores sendo utilizado para trocar instru es de comandos entre as tarefas do sistema Apesar de se estar a uma curta dist ncia esse tipo de tecnologia minimiza as interfer ncias que poder o ocor
42. sinal come a a diminuir havendo a perda total dos dados transmitidos Os testes descritos acima s o importantes para n o mascararem os testes com o GPRSx Testes do Sistema Dom tica Uma vez identificados as melhores taxa de transmiss o em rela o a dist ncias dos m dulos na RSSF chegou hora de verificar o desempenho dos protocolos desenvolvidos no GPRSx para atuarem no processo dom stico Para a realiza o dos testes dos m dulos visto que j foram identificadas as taxas de transmiss o e alcance da RSSF dentro de um cen rio dom stico os testes foram para a 91 verifica o do funcionamento dos dispositivos tais como o m dulo sensor e o m dulo atuador desenvolvidos para esse cen rio Ser realizada uma compara o dos testes de vaz o de dados na RSSF com alguns par metros abaixo gt O tamanho do protocolo gt Quantidade de dispositivos gt Limita es dos m dulos Chegou se a alguns resultados apresentados nas tabelas a seguir Resultado 1 Mostrado na tabela de resultados 4 2 est o a melhor taxa de transmiss o da RSSF com as quantidades poss veis de dispositivos acrescentados no protocolo sem as limita es de hardware e software Tabela 4 2 Rela o Dist ncia Tamanho e Dispositivo Dist ncia metros Tamanho do Protocolo N mero de Dispositivos im 2048 bytes 2042 8m 2048 bytes 2042 16m 512 bytes 506 32m 256 bytes 250 40 m 256 bytes 250 41m 128 bytes 12
43. tem como objetivo melhorar a qualidade vida reduzir o trabalho dom stico e aumentar o bem estar e seguran a do homem O termo surgiu da jun o da palavra Domus que significa resid ncia com a palavra eletr nica e inform tica Em se tratando de rede dom stica de comunica o entende se como quela que prov a interliga o entre os equipamentos como computadores dispositivos inteligentes sensores atuadores cable modem ou modem ADSLS Ela representa a nova onda de servi os dos pr ximos anos e ser respons vel por uma grande mudan a na vida de todos pois possibilitar o acesso instant neo informa o residencial Muitas empresas do setor de telecomunica es automa o computadores e microprocessadores est o se organizando em f runs e associa es para estabelecer uma tecnologia de redes e protocolos a fim de suprir as necessidades do uso dom stico A velocidade com que esta chegar s m os dos usu rios finais talvez seja o fator decisivo para torn la um padr o mundial e abocanhar esse imenso mercado 32 Alguns fabricantes de equipamentos eletr nicos est o agitando o mercado de redes com o desenvolvimento de chips que permitem a liga o entre diversos computadores atrav s da rede el trica j instalada numa edifica o Apesar dos fabricantes de computadores e de 12 softwares enxergarem nas redes dom sticas uma grande oportunidade de vendas n o existe um consenso sobre qual a melhor ma
44. temperatura do ambiente monitorado a letra T representa temperatura seguida da medi o Pelo exemplo acima tem se 32 2 Celsius e U50 4 gt Informa o de umidade relativa do ar a letra U representa umidade do ar seguido de sua medi o no exemplo acima tem se 50 4 e L0450 gt Informa es de luminosidade a letra L representa a luz seguido pelos valores de medi o que variam entre 0000 at 1023 bits e F1 gt Informa o que identifica a abertura e fechamento de portas ou janelas neste exemplo um sensor magn tico A letra F representa a fechadura e os valores variam entre 0 e 1 Onde 0 detecta a porta ou janela Fechada e 1 detecta a porta ou janela Aberta e P1 gt Informa o que identifica a presen a de intrusos no ambiente atrav s de seu sensor de presen a a letra P representa presen a de pessoas no ambiente e os valores seguem da seguinte forma 0 Aus ncia 1 Detecta Presen a e Os ltimos 0 e 1 corresponde ao controle de dispositivos na qual primeiro e o segundo n mero gt Representam cada um o status de controle de chaves atrav s 80 de rel s Podendo controlar ar condicionados ventiladores chuveiros el trico bomba d gua etc Seus valores variam entre 0 e 1 a 0 gt Desligado e 1 gt Ligado e E os ltimos 8 n meros representa o status de controle de dispositivos que se pode variar a tens o
45. um notebook ou um outro dispositivo m vel conectados a rede Wi Fi tamb m torna se poss vel a integra o da RSSF Todas essas redes interligadas internet por meio da rede celular servi o de comunica o de dados sem fio GPRS como ilustrado na Figura 4 1 Por meio de um servidor remoto as informa es dos sensores e atuadores s o visualizadas e armazenadas em um banco de dados para checagem e ou controle dos dispositivos da casa Utilizando um celular ou quaisquer outros aparelhos com acesso a Internet poder o ser acessados os dados remotamente agilizando e facilitando as opera es do usu rio O objetivo de se desenvolver m dulos para um ambiente residencial poder checar o funcionamento bem como teste de desempenho do GPRSx na integra o dessas tecnologias de comunica o sem fio em um cen rio dom stico Esses m dulos englobam diversos 74 sensores e atuadores reais utilizados em uma casa A atua o desses m dulos no sistema servir para valida o de desempenho e efici ncia diante o GPRSx O cen rio desenvolvido constitu do de tr s n s sendo e N GPRSx e M dulo N Sensor e M dulo N Atuador Seu funcionamento inicia a partir do dispositivo GPRSx pois o centralizador e concentrador das informa es da RSSF Por conter um n ZigBee configurado para ser um n coordenador da rede o respons vel pela inicializa o distribui o de endere os manuten o da rede reconhecimento de t
46. uso de quaisquer outros aparelhos externos O sistema se comportou de maneira h bil assumiu um bom desempenho atualizou todo o sistema com as novas mudan as de estado dos dispositivos seja ele no software ou nas interfaces m veis como os dispositivos de m o como celular notebook atrav s das comunica es sem fio do ZigBee GPRS e Wi Fi Para os testes dos sensores do ambiente foi fixado o m dulo n sensor na parede pr ximo a porta para facilitar a identifica o da abertura da porta e da detec o de intrusos por meio dos sensores como mostra a Figura 4 26 Foi ajustado para que o m dulo sensor transmitisse a cada um segundo todas as informa es de seus sensores para o sistema Entretanto de uma nica s vez s o repassados para o servidor os dados para atualiza o das informa es do ambiente 96 Figura 4 26 M dulo n sensor instalado na parede Na Figura 4 27 mostra a tela no celular com todas as informa es das medi es coletas pelo n sensor tais como temperatura umidade do ar luminosidade data e hora da ltima atualiza o Essas informa es s o transferidas de forma quase que instant nea no sistema onde a temperatura e umidade relativa do ar comparada com outros medidores encontrados no mercado se comportaram de forma adequada Na detec o de pessoas foi poss vel perceber o funcionamento ao se aproximar uma pessoa do m dulo Essa informa o de detec o transmitida ao sistema
47. 0 E E 80 E P 2 6 8 v 40 lt s o d o 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes s 2048 bytes s Entregues 100 100 98 99 91 38 16 m Perdidos o o 2 1 9 62 84 Figura 4 16 Ponto de 16 metros No gr fico da Figura 4 16 a uma dist ncia de 16 metros mostra as linhas dos pacotes entregues e perdidos se cruzando na taxa de 1024bytes s a partir dessa taxa se tem uma mudan a ocorrendo uma maior perda na entrega dos pacotes em torno de 62 Entretanto a 89 maior taxa a ser usada nessa dist ncia para uma transmiss o est vel est dentro dos 512bytes s Alcance de 32 metros 120 E E 100 E 80 E E 8 60 F 40 v 20 FA 0 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes s 2048 bytes s Entregues 100 100 98 79 43 16 5 Perdidos 0 0 2 21 57 84 95 Figura 4 17 Ponto de 32 metros Para um alcance de 32 metros conforme o grafico da Figura 4 17 se tem uma taxa com maior perda em 512bytes s em torno de 57 perdidos e 43 entregues A uma taxa de 256bytes s se tem uma ocorr ncia de 79 entregues e 21 perdidos mais da metade dos dados foram entregues com sucesso a essa taxa Alcance de 40 metros 120 100 E 80 E 3 60 F 40 v v 2 z o 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes
48. 0 21H vop Figura 3 3 Pinagem do microcontrolador dsPIC30F4014 3 2 3 Oscillator Oscilador O oscilador fornece ao processador a no o do tempo Um oscilador com freq ncia de oscila o mais r pida faz com que o processador realize suas opera es mais depressa Um oscilador nada mais do que o componente que determina o ritmo do processamento de um processador 28 Para a freq ncia de opera o do sistema proposto utilizou se de um cristal de oscilador de 20MHz externo ligados em seus respectivos pinos do microcontrolador ciclo de instru o suficiente para a opera o das tarefas operacional do sistema para a integra o das interfaces de comunica o sem fio 3 2 4 Comunica o UART do dsPIC O m dulo Universal Asynchronous Receiver Transmitter UART um componente que realiza uma comunica o serial nos processadores digitais de sinais dsPICs um m todo de comunica o full duplex ou seja com dois canais de comunica o independentes que podem operar ao mesmo tempo Tamb m ass ncrona determinando que essas duas vias de comunica o sejam sincronizadas Ambas s o totalmente independentes mas s trabalham com a mesma taxa de transfer ncia e o mesmo tamanho de dados 28 Esse m dulo de comunica o cont m tr s componentes principais O m dulo de configura o da taxa de transfer ncia Baud Rate Generator o m dulo de transmiss o UART Transmitter o m dulo de recep o
49. 00 a 200mA dependendo do modelo Na Tabela 3 2 s o mostrados os pinos do display com suas respectivas fun es Tabela 3 2 Pinagem do M dulo Display LCD Pino Fun o Descri o 1 Alimenta o Terra ou GND 2 Alimenta o VCC ou 5V 3 Vo Tens o para ajuste do contraste 4 RS Sele o 1 Dado 0 Instru o 5 R W Sele o 1 Leitura O Escrita 6 E Chip Set 1 ou 1 gt 0 habilita O desabilita 7 BO LSB 8 B1 9 B2 10 B3 Barramento 11 B4 De 12 B5 Dados 13 B6 14 B7 MSB 15 A Quando existir Anodo p LED backligh 16 K Quando existir Catodo p LED backlight O display LCD utilizado no sistema GPRSx para informar sobre os processos do sistema essas informa es v o desde a apresenta o do sistema at as informa es atuais dos dados do sistema tais como gt Informa es de conex es Mostram no display se o GPRSx est conectado ou n o a operadora e ao servidor gt Endere o IP do servidor remoto Mostra o endere o IP de conex o ao servidor gt Modo de Transmiss o Indica em qual modo de transmiss o o GPRSx est configurado para trabalhar O anexo mostra as mensagem do sistema GPRSx que aparecem no display 36 3 2 7 Interrup es de Entrada Os bot es t m fun o de iniciar uma a o como executar e cancelar um comando Entretanto foram utilizados bot es de press o do tipo normalmente aberto onde ao pression los enviam um n vel de tens o no pino de entrada do
50. 01 e Operadora Celular Ae ao GSM GPRS f ms Es tw Redes ZigBee GSM GPRS Wi Fi E qe sa a Redes heterog nas sem fio local e remoto Servidor Rewoto y Coordenador Equi to GPRSx ho quipamento a Ji E ye Y Sa goias 2 Figura 3 1 Arquitetura de comunica o do sistema de comunica o desenvolvida 29 Os subsistemas destacados na Figura 3 1 Wi Fi ZigBee e GSM GPRS s o padr es conhecido e possuem suas especifica es de hardware e protocolo definidos J o dispositivo GPRSx foi idealizado e constru do para atuar como integrador do v rios sistemas sem fio o n principal do sistema e realiza as fun es de integra o gerenciamento de fluxo de dados controle na rede bem como assume a responsabilidade da comunica o com um servidor es para a difus o e disponibiliza o das informa es atrav s da Internet A Figura 3 2 apresenta a arquitetura de hardware do GPRSx Equipamento Sinalizador Notificador GPRSx vil Unidade Central de Processamento ZigBee Display LCD adi Microcontrolador 1 Microcontrolador 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x 1 Interrup o 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 Figura 3 2 Arquitetura de Hardware do GPRSx Como visto na Figura 3 2 a estrutura embarcada composta por diversos m dulos interligados a uma unidade central de processamento O GPRSx foi projetado para op
51. 2 As informa es contidas na Tabela 4 2 n o levam em considera es as limita es do m dulo atuador constru do nesta disserta o Esse m dulo composto por dois microcontroladores e um conjunto de componentes eletr nicos Somente poss vel controlar at 33 dispositivos el tricos independentes na casa Para que ocorram as mesmas quantidades poss veis de dispositivos com os dados da Tabela 4 2 necess ria a constru o de mais m dulos n s atuadores no sistema Resultado 2 Apresentam os resultados das quantidades de m dulos n s atuadores que podem existir para alcan ar o n mero m ximo de dispositivos que rede de comunica o pode transmitir com a divis o do tamanho do protocolo 92 Tabela 4 3 Rela o Dist ncia Tamanho Modulo e Dispositivo Dist ncia m Tamanho do Protocolo N de M dulos N de Dispositivos im 39 bytes 52 1716 8m 39 bytes 52 1716 16m 39 bytes 13 429 32m 42 bytes 6 198 40m 42 bytes 6 198 41m 42 bytes 3 99 Observando se o resultado da Tabela 4 3 conclui se que quanto menor a distancia entre os n s sensores maiores o n mero de m dulos atuadores existente no sistema sendo assim mais dispositivos poder o ser controlados no ambiente Para colocar em pr tica o funcionamento desses dispositivos atrav s do m dulo atuador foi constru do um cen rio de ilumina o contendo seis l mpadas dicr icas um abajur e um ven
52. 30000 tach ae feia Bae di eas oe 91 20 Dimmer digital controle das 8 l mpadas dicr6ica 93 21 Controle de ilumina o do abajur a 93 22 Controle do dispositivo de ventila o 94 23 Controle manual no interruptor e ou controle pelo celular 94 24 Controle na intensidade da luz por meio do celular 95 25 Software desenvolvido para automa o residencial 96 26 M dulo n sensor instalado na parede 97 27 Tela do celular com as informa es do m dulo sensor 97 28 Software visualizando os dados monitorados em tempo real no gr fico 98 29 Teste utilizando um celular com conex o Wi Fi para ligar o GPRSx 99 30 Teste usando o software do sistema para o controle remoto do GPRSx 100 31 Teste do GPRSx realizando uma chamada remota ao celular 101 32 Diagrama de funcionamento do sistema i 103 33 Software do Sistema EMG ossos st acts lah es Sands an etch acess 104 34 Componentes do sistema EMG eee 105 35 Diagrama eletr nico do sistema constru do 106 36 Equipamento de bancada ScienTECH 109 37 Sinal EMG amplificado ace gadea Be aie ead ad 110 Do Prequencia de COILS a sede SA se cau dase CATA Ss 110 29 Brequemcia de Corte b riii A ossada lidos dd 111 AO Figura 4
53. 38 3 2 9 Sinalizadores de EstadOS sieniniai a iaa aa etai 38 3 2 10 Gest o d Energia sinnsrean a ean E T A a O A as 39 BEDS FAS Bee annaua a a A a a a E a ON E O a a 41 3 2 12 Redes GSM GPRS riirii senie iei spandaaist NNE REE E EEA RERS TE ant esmas ethene 45 S 3SOTtware AERTS TAT E ENT 50 3 3 1 Software Embarcado FOSI i a a a a a a a a R a a E E EE RE RSS 50 3 3 2 Processador de Dados isn toiscc ono srne ere aera desloca EErEE E E ESEE EEES EESE SEa 57 3 3 3 Processador Operacional casas siso eo aaa dee N e a G0 cto a E a as 60 34 Protocolos inor 0s ge cdi oes cha siso aseeseen eiee preen ea EEEE r r EESE ousa dias S Danda r SE EEEo iaaa 63 3 41 Consiru o do Protocolo ssa ese e aa dos a A EE a eaaa a aeS 63 3 4 2 Protocolo RSS Esir so irse riosroessrasonr Prado oe piee ars aE ETE E AREE casdascbelees Danda ra SE Esie d redes 65 3 4 3 Comunica o vi GPRS erena a A E a E O S 66 3 4 4 Descri o dos Quadros de Mensagem e Informa es de Controle 68 CRT N D D O EEE EE aa EE E T EEEE E E EEEE 72 TESTES E RESULTADOS OBTIDOS ssessessessssoesessossessessesossossessossesoesoesossossossossessossesoesoesossossessossesoessesossossesss 72 AL Introd t O insciencesdscisscusstediesesciesenecesedentacdecassancesedescsensoeccsdedtacinasenateatscevebascnscdeatensectsesbesdes ee Eosen Ee TE eS 72 AD Dom tica sais nine AT AAA A 72 4 2 2 Cen rio de testes para o processo de dom tica esseesessessessesrserssrsreststestrsrsstssrsr
54. Econ micos e Cen rios de Migra o Disserta o de Mestrado Departamento de Engenharia El trica Universidade de Bras lia Bras lia DF 2004 164 4 VANNI Renata M P Integra o de servi os em ambientes heterog neos uso de sem ntica para comunica o entre entidades em mudan as de contexto Tese de Doutorado USP S o Carlos 2009 5 FREZZA Jos F Modelos de Faturamento Telecomunica es Decorrentes da Converg ncia de Redes e Servi os Disserta o de Mestrado PUC Campinas 2007 6 A T Nassif Redes da Pr xima Gera o Aspectos T cnicos Econ micos e Cen rios de Migra o Disserta o de Mestrado Departamento de Engenharia El trica Universidade de Bras lia Bras lia DF 2004 164 7 TANENBAUM A S Computer networks 4 ed S 1 Prentice Hall PTR 2002 8 COSTA Rafael Rodrigo Santos Sadraque Rodrigues An lise de N vel de Sinal Wi Fi Estudo de Caso na Sol Inform tica Instituto de Estudos Superiores da Amaz nia IESAM Bel m PA 2009 9 TANENBAUM Andrew S Redes de Computadores 4 Edi o 2003 10 McDermott Wells P What is Bluetooth and Bluetooth scatternet models Potentials IEEE vol 23 no 5 pp 33 39 2005 DOI http dx doi org 10 1109 MP 2005 13689143 and DOI http dx doi org 10 1109 MP 2005 1368914 11 PETERDON L L Davie B S Computer networks a systems approach 4 edi o Publicado por Morgan Kaufmann 2007
55. GUEIREDO Rangel A BONAMI Rafael F Projeto de um Controlador de Alarme de Carro via SMS 2007 22 JAYASINGHE Gamini FAHMY Farazy GAJAWEERA Nuwan DIAS Dileeka A GSM ALARM DEVICE FOR DISASTER EARLY WARNING University of Moratuw 2006 23 FERRAZ David TORRES Jos M MOREIRA Pedro S MOREIRA Rui S Monitoriza o Vital e Ambiental para Grupos de Pacientes recorrendo a Redes de Sensores 24 H Hong jiang Y Zhu qiang W Xiao jie Design and Realization of Wireless Sensor Network Gateway Based on ZigBee and GPRS Manchester England UK 2009 pp 196 199 25 FAGUNDES E M A converg ncia das redes de voz 2004 Disponivel em lt http www efagundes com Artigos Arquivos_pdf Convergencia_das_redes_de 20voz PDF gt Acessado em 29 set 2005 Citado por Renato de Oliveira Moraes em Tecnologia e 119 For as Competitivas Estudo de Caso sobre O VOIP em uma concession ria de Telecomunica es 26 STRAMOSK Arnaldo FERREIRA Golberi Artigo M DULO PARA AUTOMA O RESIDENCIAL COM TECNOLOGIA M VEL GPRS Revista Ilha Digital volume 1 p ginas 83 89 2009 27 MACHADO Ricardo S F Modelagem e prototipa o de uma aplica o LBS utilizando a plataforma Android 2010 28 JOHNSON Greg 2006 Confer ncia sobre a tend ncia para o futuro digital Acedido em http mlonlinegeneration wordpress com 2006 09 29 as cinco tendencias para o futuro
56. J no processo de telemedicina o m dulo de aquisi o de sinal EMG mostrou se est vel durante a opera o com rela o interfer ncia por ru do externo O conjunto apresentou se eficaz para a proposta tanto na emula o e capta o dos sinais EMG amplifica o e filtragem convers o A D e principalmente na transmiss o sem fio dos dados gerados Neste casso a solu o empregada para aquisi o e transmiss o dos dados coletados no sistema para um servidor remoto dos dados foi via ZigBee solu o embarcada GPRSx cujos teste mostrarem de acordo para o fim proposto O m dulo XBee Pro utilizado para tal fun o robusto e de f cil utiliza o Sua configura o simples e objetiva sendo poss vel program lo via interface gr fica ou por linhas de comando Esse m dulo XBee Pro utilizado permitiu um alcance de at 41 metros em ambientes totalmente fechados segundo os testes submetidos neste trabalho Em suma o trabalho apresentou diversas experi ncias destacou a funcionalidades e solu es decorrentes das aplica es em que o sistema GPRSx foi submetido com destaque para a integra o das redes sem fio Assim diante do exposto as conclus es do trabalho remetem total funcionabilidade do sistema tanto no n vel do hardware quanto de software efici ncia e a possibilidade de inser o de outros servi os que requerem o uso de comunica es sem fios Trabalhos Futuros Para trabalhos futuros sugere se q
57. K Configura a taxa de comunica o da porta serial 48 MIPCALL AT MIPCALL lt Opera o gt lt APN gt lt Username gt lt Password gt MIPODM lt Socket ID gt lt Source Port gt lt Destination_IP gt lt Destination_Port gt lt Protocol gt 100ms entre cada AT MIPCLOSE lt Socket ID gt AT MIPCALL lt Socket ID gt RING NO CARRIER AT CBC MIPCALL lt local IP address gt OK ERROR MIPOPEN lt Socket ID gt lt State gt OK ERROR OK MIPCLOSE lt SocketID gt OK ERROR MIPCLOSE lt SocketID gt OK ERROR para x 5 Taxa de 9600 bps Realiza a conex o PPP GPRS e retorna o IP recebido Caso a reposta seja OK a conex o foi realizada com sucesso Caso a reposta seja ERROR a conex o n o foi realizada com sucesso Os campos APN Username e Password s o limitados a 20 caracteres cada caso a reposta seja OK o socket foi aberto com sucesso caso a reposta seja ERROR o socket j estava aberto e protocolo 1 UDP O TCP e state 1 ativo O inativo e socket ID 1 ou 2 O modem interrompe a transmiss o de dados passa para modo de comandos e passa a interpretar todos os caracteres que forem introduzidos como comandos Caso a reposta seja OK o socket foi fechado com sucesso Caso a reposta seja ERROR o socket j estava fechado Caso a reposta seja OK o conex o GPRS foi fechado com sucesso Caso a reposta seja ERRO
58. Para o c lculo foi considerada a varia o n o linear da pot ncia que diminui com o inverso do quadrado da dist ncia entre o transmissor e receptor Foram realizadas in meros testes nos seis pontos definidos para as m tricas de avalia o da RSSF levando em considera o o tamanho do pacote e a dist ncia Para verificar a vaz o de dados na RSSF atrav s de quantidades de pacotes entregues e perdidos na transmiss o foi desenvolvido um software em C encarregado em comparar os 87 dados transmitidos e recebidos e conferir quantos pacotes foram validados A Figura 4 13 mostra a interface do analisador de m tricas da rede constru do para checar os resultados nos seis pontos Avaliador de M tricas IEEE802 15 4 ZigBee Eng Roberto Sato 2010 Gr fico Dados Entregues x Perdidos Entregues HO tah EO Un Sar RA a eg Perdidos N de Pacotes 02 4 6 8 10121416186 20 22 24 262830 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 5254 56 58 60 62 64 66 65 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 Percentagem Comunica o de Dados Dados Recebidos 1 P M tricas C 32 Bytes C 64 Bytes 128 Bytes 256 Bytes C 512 Bytes 1024 Bytes 2048 Bytes Pacotes Entregues 77 e q Pacotes Perdidos 23 ta a wok Abrir Compara Dados Doo Aplicar Total 100 Figura 4 13 Software desenvolvido para os testes dos pacotes transmitidos Em cada ponto foram transmitidos e verificados diferente tamanho de da
59. R a conex o j estava fechado Chamada em linha Liga o n o estabelecida ou desligada Verifica o n vel de bateria do Modem Posteriormente ao GPRS veio a tecnologia EDGE de maior velocidade e em seguida veio o padr o 3G com taxas bem mais elevadas de transmiss o de dados Entretanto por quest es de custo benef cio a tecnologia GPRS a mais utilizada na comunica o de dados Como a tecnologia GPRS utiliza a estrutura montada na rede GSM sempre que se fala em transmiss o de dados pela telefonia celular por GPRS costuma se referir se ela pela sigla GSM GPRS 49 3 3 Software Nesse t pico s o descritos os v rios softwares que compreende o n cleo dessa disserta o de mestrado Eles tiveram que ser escritos em diversas linguagens para permitir o funcionamento da arquitetura de integra o entre diferentes tipos de redes de comunica o bem como a programa o nos microcontroladores a aplica o servidora as p ginas WEB etc 3 3 1 Software Embarcado EOSx Um sistema embarcado um sistema microprocessado no qual o computador completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla monitora Diferente de computadores de prop sito geral como o computador pessoal um sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas predefinidas geralmente com requisitos espec ficos Uma vez que o sistema dedicado a tarefas espec ficas atrav s de engenharia
60. Tek JL Stop M Pos 0 000s CH1 5 00my Figura 4 37 Sinal EMG amplificado Para a realiza o dos testes de funcionamento do processo de filtragem foi diretamente acoplado na entrada do filtro passa baixas um gerador de fun o Na pr tica cada ordem de um filtro possui uma diferen a de 6 dB por oitava em rela o ordem seguinte Esta tamb m a rela o entre a frequ ncia de corte e uma frequ ncia qualquer n oitavas acima ou seja fi 2 fe 4 4 Fazendo se f 2f obt m se um valor de n igual a 1 Para este valor de n houve uma atenua o de aproximadamente 16 dB para o sinal Nas Figuras 4 38 e 4 39 verifica se tais fatos As Figuras referem se respectivamente a um sinal de aproximadamente 500Hz e de aproximadamente 1000Hz Tek ll E Auto Mk CH1 20 006 500Hz 10 065 5 15 Dez 10 01 57 Pos 500 0Hz lt 10Hz Figura 4 38 Frequ ncia de Corte a 110 Tek NM E Auta Pos 1 000kHz CH1 20 0dB S0OHz C10 0kS 59 15 Dez 10 01 53 lt 10Hz Figura 4 39 Frequ ncia de Corte b Do exposto acima cada quadro vertical na tela do oscilosc pio provoca uma diferen a de 20 dB Com f 2f tem se uma atenua o de aproximadamente 16 dB para o sinal J para f 4fc obt m se um valor de n igual a 2 e com uma atenua o de aproximadamente 32 dB para o sinal Figura 4 40 Tek dl E duto Pos 2 000kHz n a ESE MM INTE CH1 20 0d6 SO0H
61. WWERSIDADE FEDERAL DO PAR S UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARA INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE POS GRADUA O EM ENGENHARIA ELETRICA DISSERTA O DE MESTRADO DESENVOLVIMENTO IMPLEMENTA O E TESTES DE UM SISTEMA DE COMUNICA O SEM FIO HETEROG NEO PARA ACESSO SERVI OS APLICA ES NA TELEMEDICINA E DOM TICA Por ROBERTO MASANORI VALE SATO Bel m PA Brasil Janeiro de 2011 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE POS GRADUACAO EM ENGENHARIA ELETRICA DESENVOLVIMENTO IMPLEMENTACAO E TESTES DE UM SISTEMA DE COMUNICACAO SEM FIO HETEROGENEO PARA ACESSO A SERVICOS APLICACOES NA TELEMEDICINA E DOMOTICA Por ROBERTO MASANORI VALE SATO Disserta o de Mestrado apresentada ao Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Universidade Federal do Par como parte dos requisitos para a obten o do t tulo de Mestre em Engenharia El trica Orientador Prof Agostinho L da Silva Castro Ph D rea de concentra o Computa o Aplicada com nfase em Sistemas de Telecomunica o Bel m PA Brasil Janeiro de 2011 DESENVOLVIMENTO IMPLEMENTA O E TESTES DE UM SISTEMA DE COMUNICA O SEM FIO HETEROG NEO PARA ACESSO SERVI OS APLICA ES NA TELEMEDICINA E DOM TICA Disserta o de Mestrado submetida avalia o da Banca Examinadora aprovada pelo Colegiado do Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Universidade Federal do Par
62. XBee Pro O m dulo XBee Pro est configurado para se comunicar com o microcontrolador dsPIC30F3014 Processador de dados atrav s de uma interface serial TX e RX A tens o de toler ncia dos pinos do XBee XBee Pro de 2 8V a 3 4V Se o dispositivo a ser interfaceado com o m dulo usar uma tens o diferente do restante do circuito do GPRSx preciso usar conversores de n veis de tens o Para que ocorra a comunica o apropriada entre os dispositivos foi reduzido a tens o de entrada no pino 3 RX da UART do m dulo XBee Pro atrav s de um divisor de tens o 44 constitu do por dois resistores com valores de 20kQ e 10kQ pois a tens o de alimenta o do modulo fica em torno dos 3V Para a comunica o serial deve se observar se os dois m dulos UART s est o com as mesmas configura es de e Baud Rate e Paridade e Start Bits e Stop Bits e Data Bits Quando n o h dados sendo transmitidos o sinal estar em nivel baixo espera Os m dulos s o identificados na rede por meio de tr s configura es 1 Canal CH 2 Pan ID ID 3 Endere o SL SH DL DH MY Os m dulos s se comunicaram se possu rem o mesmo Canal o mesmo Pan ID e endere os compat veis O uso da tecnologia ZigBee dentro da arquitetura proposta nessa disserta o possibilitou a constru o uma solu o de integra o reunindo todos os dados da RSSF com disponibilidade dos mesmo em qualquer lugar do mundo atrav s de
63. Z 1006575 15 Dez 10 02 00 lt 10Hz Figura 4 40 Figura 4 34 Frequ ncia de Corte c 111 Assim verifica se experimentalmente que o filtro passa baixas projetado proposto para ser aplicado ao processo de aquisi o de sinais EMG Para o processo da convers o do sinal EMG foi utilizado um microcontrolador dsPIC30F3014 fabricado pela Microchip possui 12 portas anal gica digital Nos testes de convers o A D utilizou se uma taxa de amostragem 2 vezes maior que o freqii ncia maxima do sinal desejado 1kHz e uma quantiza o com 12 bits para se representar o sinal original A Figura 4 41 mostra gr fico do sinal gerado pelo equipamento EMG e j convertidos em sinais digitais atrav s do microcontrolador 40 000 000 35 000 000 Fern a NANO uiay Nr 15 000 000 z S rie 1 10 000 000 5 000 000 Figura 4 41 Digitaliza o das amostras EMG no computador O sinal foi convertido utilizando uma das portas A D do microcontrolador e transmitido via USB para o computador para fins de testes na convers o Por meio das amostras foi constru do o gr fico da Figura 4 41 Com rela o transmiss o do sinal as taxas de transmiss o foram escolhidas de acordo com as taxas poss veis de serem programadas nos m dulos transmissores e receptores ou seja foram escolhidas taxas cujos valores dos registros da UART do microcontrolador EMG e do dispositivo do GPRSx operassem na mesma frequ ncia de transm
64. a CELPA CEA no qual incentivou minhas pesquisas e desenvolvimento Ao Prof Dr Jos Felipe Almeida pela sua experi ncia acad mica direcionamento e apoio durante minha forma o CAPES e FAPESPA pelo apoio financeiro A todos os professores do mestrado que de alguma forma contribu ram para minha forma o Aos meus amigos em especial Ot vio Andr Chase Thi go Nunes Humberto Le o Marcos Sampaio Denis do Ros rio pela troca de conhecimentos durante a gradua o e p s gradua o Enfim aos familiares e amigos novos e antigos que sempre me incentivaram e apoiaram nessa jornada A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a realiza o deste trabalho RSSF GPRS GSM UMTS SMS ISDN EDGE WEB GPS BER BAyER RFID AP 4G PDA PC LAN WAN 3GPP CPU DSP EMG UART OSEx GPRSx IEEE ISM API USB LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS Rede de Sensores Sem Fio Servi o Geral de R dio por Pacote Sistema Global para Comunica es M veis Sistema de Telecomunica es M veis Universal Servi o de Mensagem Curta Integrated Services Digital Networks Enhanced Data rates for GSM Evolution Rede de alcance mundial Sistema de Posicionamento Global Bit Error Rate Byte Error Rate Identifica o por R dio Frequ ncia Ponto de Acesso Quarta Gera o das Telecomunica es Assistente pessoal digital Computador Pessoal Rede de rea Local Rede de Longa Dist ncia 3rd Generation Partnership
65. a baixas de 4 ordem cascateou se dois filtros de 2 ordem conforme mostra a figura a seguir PRIMEIRO ANDAR n 2 De acordo com Mariano S nchez e J A Corbelle 1992 a utiliza o de dos filtros iguais de 2 ordem provoca uma atenua o 24dB por oitava Por m para se construir um filtro de 4 ordem com uma frequ ncia de corte mais seletiva deve se observar o valor do fator de Qualidade Q para cada andar conforme a tabela abaixo 107 Valores escalonados de Factores de Qualidade Q em Filtros Passa Baixo de Butterworth Ordem 1 Andar 2 Andar 3 Andar 4 Andar 5 Andar pt IR AR da SR ct Ma E aumanmtch can 2 0 707 4 0 54 1 31 6 0 52 1 93 0 707 8 0 51 2 56 0 6 0 9 10 0 51 Sie 0 56 1 1 0 707 Desse modo para cada andar tem se 1 Andar Q 0 54 Valores dos capacitores e resistores Q 0 5 2 0 54 05 2 gt 1 08 e gt 21 17 4 3 Cy Cy Cy Cy gt 1 17 C 1 1000 TC C2 Usando se C4 C 10uF tem se R 31 83 Q E com R 2 Andar Q 1 31 Valores dos capacitores e resistores Q a5 2 P 131 0 5 2 gt 262 fa gt 2 6 87 4 4 C Cy Cy i gt 6 87 G C 1 E com R 1000 7 C4 C3 108 Usando se C lIuF e C 6 6 uF dois de 3 3uF em paralelo tem se R 123 99 4 3 2 Ambiente de desenvolvimento Todos os m dulos de hardware foram projetados a princ pio em proto boards e passados a placas de circuitos imp
66. acilitar a leitura Os espa os s o ignorados pelo interpretador de comandos do modem mas est o inclu dos na contagem de caracteres na linha de entrada Na maioria dos modems o buffer de linha de comando aceita at 39 caracteres incluindo os caracteres A e T caracteres Espa os retorno de carro e qualquer caracter de alimenta o de linha n o entram no buffer e n o contam em rela o a limita o de 39 caracteres Se mais de 39 caracteres s o inseridos ou um erro de sintaxe encontrado em qualquer lugar na linha de comando o modem retorna um c digo de resultado de erro e a entrada do comando ser ignorada 30 As respostas que o modem apresenta s o e OK Comando executado sem erros e ERROR Comando inv lido ou muito extenso A Tabela 3 6 lista as descri es de alguns comandos importantes realizado pelo microcontrolador para aquisi o do servi o GPRS e entre outros como SMS e chamada telef nica Esses comandos s o alguns dos procedimentos de configura o ao modem que o microcontrolador efetua antes de transmitir dados Tabela 3 6 Principais comandos AT s utilizados no sistema Comandos Resposta A o Descri o AT OK Sincronismo ERRO AT amp KO OK Reset o Modem ERRO ATEO OK Desabilita o eco ATE1 ERRO Habilita o eco AT MIPON OK Liga e Desliga o Modem AT MIPOFF ERRO AT CGPRS CGPRS O Indica se h disponibilidade de CGPRS 1 cobertura da rede GPRS O indispon vel 1 dispon vel AT CBAUD x O
67. ado e Enviar pequenas propagandas para dispositivos ativados por Bluetooth e Consoles de videogames da nova gera o Wii e Play Station 3 usam Bluetooth para seus respectivos controles sem fio e Acesso dial up internet em um computador pessoal ou PDA usando um celular compat vel com dados como modem e Receber conte do comercial Spam via um quiosque como em um cinema ou lobby QO Padr o Zigbee 12 13 Ap s um per odo de pesquisas e desenvolvimento foi apresentado em dezembro de 2004 a toda comunidade cient fica o padr o Zigbee O padr o IEEE 802 15 4 e o Zigbee surgiram com o intuito de suprir a falta de uma solu o voltada s redes de sensores sem fio aplicadas s reas ind stria e residencial O padr o Zigbee define um conjunto de protocolos de comunica o para redes sem fio de curto alcance e baixa taxa de tr fego de dados As redes do tipo Zigbee come aram a ser projetadas em meados de 1998 quando muitas aplica es que outrora eram desenvolvidas sob a tica Wi Fi e Bluetooth come aram a se tornar invi veis por quest es como gerenciamento de energia inefici ncia de banda alocada complexidade de protocolos etc Na poca o principal foco das redes wireless Wi Fi era de aumentar a taxa de transmiss o de dados e desenvolver um protocolo seguro que permitisse acesso internet para dispositivos fixos e m veis Em redes Bluetooth o objetivo era a cria o de uma rede pequena com limita
68. antemente erros de funcionamento do sistema Uma de suas fun es de notificar o OSEx sobre o ocorrido assumindo novas atitudes diante de tais casos Existem tr s situa es de falhas poss veis que fazem com que o sistema entre no modo alarme 1 Situa o Falha ao detectar os perif ricos do sistema A primeira situa o ocorre no caso o modem n o responder a comandos enviados pelo processador operacional na execu o da tarefa Detec o Esta fun o encarrega se de testar a comunica o entre os terminais Diante disso h algumas possibilidades de ocorr ncia de falhas tais como a Cabo de comunica o desconectado ou rompido 54 b A fonte de alimenta o do modem n o ligou ou queimou c Problemas de funcionamento do modem 2 Situa o Estouro de tentativas de conex o a operadora celular Na tarefa Operadora o sistema est preparado para cinco tentativas de conex o para abertura do servi o de comunica o de dados GPRS entretanto ultrapassando o total de tentativas definidas e sem a exist ncia de conex o entre os terminais entrar no modo Alarme pela ocorr ncia de problemas como 1 Problema Cr ditos insuficientes Antes de prover o servi o GPRS a operadora checa se o SIM Card possui cr ditos suficientes para abertura do canal de comunica o Pois a operadora n o ir perder tempo processando sabendo que n o ter cr dito para cust
69. ao servidor remoto e outros O led vermelho avisa quando houve erro no sistema quando n o foi poss vel a valida o de suas etapas ou mesmo quando a conex o caiu GPRSx Ligado Fluxo de dados Validado ou conectado Falha erro ou desconectado Figura 3 5 Indicadores de status do sistema GPRSx 3 2 10 Gest o de Energia Por se tratar de um computador embarcado o GPRSx precisa de energia el trica para alimentar todos os seus componentes eletr nicos de forma adequada O dispositivo respons vel em atender a essa energia a fonte de alimenta o Uma de suas fun es adequar a tens o de entrada da rede el trica 110V ou de 220V para uma tens o aproximada do circuito eletr nico Isso se processa atrav s de um transformador existente na fonte que ainda converte a tens o alternada para cont nua Atrav s de um regulador de tens o poss vel adquirir tens es de 5 VDC e 12VDC na sa da da fonte O circuito do GPRSx trabalha com duas fontes de alimenta o uma constru da para atender os m dulos de circuito microcontrolados led s buzzer dentre outros Fornece corrente de no m ximo 1A e com tens es de sa da reguladas em 5VDC e 12VDC A segunda fonte especialmente dedicada para alimenta o do modem GSM GPRS com corrente de 1A e tens o de 12VDC Em se tratando de maior autonomia atrav s do uso de baterias buscou se adequar o sistema GPRSx para trabalhar em dois modos de opera o Modo ativado e mod
70. ar o sistema ocorreu a identifica o de falha no exato momento da verifica o de detec o dos perif ricos do hardware do GPRSx fazendo com que o OSEx executasse a tarefa de falha com sucesso A sequ ncia de inicializa o foi suspensa foi efetuada a chamada telef nica para o celular o alarme sonoro sinalizados no display foi visualizado a situa o real em que se encontrava o sistema 2 Falha na tentativa de conex o a operadora celular Para os testes de falhas na conex o com a operadora de telefonia celular foi criada uma situa o onde foi usado um chip celular sem cr ditos no modem GSM GPRS Normalmente antes do acesso ao servi o a operadora faz uma verifica o para saber se o 100 usu rio que est requisitando o servi o possui cr ditos Havendo tais cr ditos a operadora permite o acesso conecta o usu rio No caso do GPRSx o OSEx foi programada para realizar seis tentativas para a conex o Ap s estas seis tentativas o OSEx se direcionou para considerar que houve falha e ou erro no sistema e realizou a posteriori os procedimento da tarefa Alarme do GPRSx 3 Falha na conex o ao servidor remoto 2 Outra poss vel falha ap s a conex o com a operadora n o se estabelecer a comunica o com a aplica o servidora Para realizar estes testes foi colocado o servidor sem conex o com a internet Dessa maneira observando esse terceiro teste assim como os demais conclui se que o
71. aractere Separadorde Dados Figura 3 22 Exemplo de um protocolo de dados na RSSF O protocolo de dados capaz de assumir diferentes tamanhos dependendo do tipo de informa o de dados pois pode haver sensores em que a informa o aquisitada seja bastante grande e outro menor Sempre vai se seguir a estrutura definida em seus respectivos quadros ou seja n o alterando os demais quadros definidos no protocolo J o protocolo de controle foi desenvolvido dando a possibilidade de um controle a dist ncia ao equipamento GPRSx pois n o h a necessidade de se est ao lado para ligar ou desligar o sistema entre outras fun es oferecidas pelo protocolo Sendo assim esse protocolo funciona dentro da RSSF fazendo com que todos os n s da rede tenha o controle bastando enviar o protocolo com seu respectivo comando ao GPRSx como mostrados na Tabela 3 9 A Figura 3 23 mostra um exemplo de um protocolo de controle dentro da RSSF 70 Comando de Identifica o Bits de Valida o Identifica o do Comando Fun o i Op o do Comando RCCMD 1 1 lt CR gt lt LF gt Bit de Fim de Protocolo Caractere Separadorde Dados Figura 3 23 Exemplo de um protocolo de controle ao GPRSx Seguindo as mesmas regras dos demais protocolos do sistema o primeiro quadro a identifica o e valida o do protocolo ap s o caractere separador de dados segue a identifica o do comando que vai do numeral zero ao seis com as seguint
72. are Nesta se o s o apresentados alguns testes que foram realizadas para a verifica o de desempenho do GPRSx diante do cen rio dom stico levando em considera o a quantidades de dispositivos a dist ncia entre os m dulos da rede o protocolo integrador e as opera es utilizando diferentes padr es de comunica es atrav s das interfaces desenvolvida Um manual de utiliza o da interface apresentado em anexo nesta disserta o Alguns experimentos foram realizados para testar o funcionamento do sistema da automa o residencial Em primeiro lugar o conjunto formado pelo hardware e firmware foi submetido a testes Ent o testou se todo o sistema incluindo se o software Os testes do hardware e o firmware objetivaram verificar e M xima dist ncia alcan ada em um ambiente fechado e Pacotes entregues e Pacotes perdidos e Taxa de transmiss o O tamanho do pacote a ser enviado pela RSSF varia conforme a quantidades de dispositivos que o circuito capaz de acionar e a pot ncia do sinal dos m dulos transmissor e receptor Para tanto a verifica o da pot ncia do sinal dos transmissores em locais fechado de grande import ncia pois o ambiente dom stico constitu do de locais fechados cheios de obst culos e divis rias fazendo com que o n vel de sinal reduza trazendo a perda dos dados transmitidos Os testes foram realizados no pr dio do NESC da Faculdade de Engenharia El trica e da Computa
73. as teorias de dois f sicos ingleses Michael Faraday e James Clerk Maxwell Em 1888 Heinrich Hertz aplicou essas teorias para construir um transmissor centelhador um dispositivo que gerava ondas de r dio a partir de 17 uma centelha el trica Em 1895 o engenheiro eletricista italiano Guglielmo Marconi ampliou o alcance dessas transmiss es e adaptou a tecnologia para enviar e receber sinais telegr ficos sem fio Em 1901 Marconi construiu o primeiro transmissor telegr fico transoce nico e no in cio do s culo XX os avan os na tecnologia de tubo de v cuo desenvolvidos pelo professor ingl s John Ambrose Fleming e pelo inventor norte americano Lee De Forest tornou poss vel modular e amplificar sinais para o envio de transmiss es de voz sem fio O alcance e a clareza das transmiss es vocais aumentaram medida que se fizeram novos progressos na tecnologia Em 1915 a American Telephone Telegraph Company transmitiu uma mensagem vocal por r dio entre os Estados Unidos e a Fran a 1 Na d cada de 30 do s culo passado pequenos transmissores de r dio bidirecionais j eram usados por policiais e funcion rios dos servi os de atendimento a emerg ncias Aperfei oamentos tecnol gicos tornaram os sistemas de comunica o bidirecionais menores e mais leves com alcance e capacidade ampliados 1 Os avan os no campo da comunica o nos ltimos anos possibilitaram o surgimento de v rias tecnologias que desde ent o procuram ate
74. bertura mundial 24 2 3 Trabalhos relacionados s aplica es e servi os em redes heterog neas Em 38 h a descri o de uma arquitetura que combina o GPRS e o ZigBee para estabelecer uma estrutura de rede multi modo que utiliza o servi o GPRS como dispositivo de transmiss o de dados em grande rea enquanto ZigBee numa rea local De acordo com a pesquisa este tipo de estrutura de rede fornece uma maneira simples de configurar uma rede sem fio entre equipamentos terminais dispositivos remotos e pessoais Com as facilidades apresentadas no uso do Zigbee e GPRS este tipo de arquitetura de rede pode ser amplamente utilizado em v rias reas tais como monitoramento de seguran a controle industrial controle de sensores sistema de tarifa o de estacionamento e monitoramento ambiental Suas reas de aplica o abrangem tamb m transportes prote o ambiental meteorologia seguran a minera o petr leo eletricidade impostos sa de finan as educa o e costumes Tal tecnologia uma nova arquitetura de rede multi modo usado na implanta o em reas de dif cil acesso e t xicas ao homem para o monitoramento ambiental e constru o de um processo de controle inteligente de produ o industrial Em 39 apresentado um projeto de um sistema de monitoramento de energia el trica baseado nas tecnologias de comunica o ZigBee e GPRS O sistema utiliza CC2430 como m dulo ZigBee e projeta o n coordenador
75. bian S60 3rd Edition com acesso a internet um computador desktop servindo como um servidor do sistema na qual cont m e A aplica o desenvolvida para automa o residencial e Banco de dados do sistema e P gina de dados WEB para acessos remotos O servidor de teste foi executado no sistema operacional Windows XP SP2 em um computador com processador Intel Celeron M 1 86GHz com 1GB de mem ria e 60GB de HardDisk conectado a internet A aplica o do sistema residencial executada no servidor foi desenvolvida na linguagem C utilizando o IDE Builder da CodeGear nas quais possuem as interface visuais controle e monitoramento do ambiente da casa bem como as informa es de conex o do GPRSx e armazenamento no banco de dados Essas informa es que chegam e saem do servidor vem do GPRSx ou da p gina de dados S tio disponibilizadas para acessos remotos no sistema e que compartilham o mesmo banco de dados desenvolvida 82 O banco de dados constru do para armazenar e trocar informa es de controle e monitoramento foi o MySQL por ter um bom desempenho e estabilidade portabilidade para diversos plataforma e facilidade de uso Atrav s da p gina de dados qualquer dispositivo com acesso a internet pode ter o controle e monitoramento dos sensores e atuadores da casa bastando para isso um cadastro de acesso ao sistema atrav s de login e senha registro em uma tabela no banco de dados Testes do Hardware e do Firmw
76. de aberturas de portas e janelas por meio do sensor magn tico Seu circuito constitu do por um microcontrolador PIC16F877A do fabricante Microchip Sua fun o coletar as informa es do ambiente provenientes de seus sensores 76 acoplados coloc los no formato do protocolo do sistema e transmiti las ao GPRSx por meio do transceptor ZigBee existente em cada m dulo da RSSF Todos os sensores se concentram em apenas um n da RSSF diminuindo o n mero de n s sensores havendo um menor tr fego de dados e a redu o dos custos na compras de novos n s ZigBee 4 2 4 M dulo Atuador Nesta se o mostrado o outro m dulo que ir atuar no ambiente sua descri o de hardware e software a localiza o e as fun es de ambos s o visualizadas na Figura 4 3 Bot o AC Desligado Baixo M dio Alto Intensidade da Tens o AC L mpada ventilador e etc Bot o 01 Liga Desliga Liga Desliga Dispositivos 01 Bot o 02 Liga Desliga Liga Desliga Dispositivos 02 Figura 4 3 M dulo N Atuador Esse m dulo permite controlar ilumina es e equipamentos podendo ser feito de forma manual autom tica ou programada Seu controle gerenciado por um software no servidor e disponibilizado para acessos dist ncia permitindo o agendamento e a programa o de eventos Assim as l mpadas podem ser acesas conforme o hor rio programado agendado ou quando a luz solar for insuficiente ou mesmo com
77. de transi o e se beneficiando das vantagens que ela apresenta Toda iniciativa empreendida quando dessa etapa de transi o dever simplificar a evolu o da rede em dire o arquitetura convergente e comuta o de pacotes Por m durante v rios 14 anos ainda os servi os de comuta o tradicional v o coexistir com os elementos de rede da nova tecnologia 3 Com base nestas premissas este trabalho apresenta uma solu o embarcada para integrar diferentes padr es de redes de comunica es sem fios existentes de maior utiliza o na sociedade como um todo a fim de gerar novos servi os e uma concep o futura para nova gera o dos meios de comunica o A forma de como s o integradas essas redes sem fio e transpar ncia do uso dessas tecnologias ao usu rio foi a viabilidade atrav s da constru o de um dispositivo hardware e software onde o desenvolvimento de um protocolo de comunica o pr prio permitiu atender dois de processos Dom tica e Telemedicina 1 1 Motiva o Considerando que no futuro as redes de comunica o sem fio ser o constitu das de uma grande variedade de redes sem fio com diferentes capacidades tendo como componentes principais as redes de telefonia m vel e as redes de acesso local de banda larga pode se concluir que outras tecnologias ser o projetadas para complementar essas duas redes 4 Existe hoje uma diversidade de servi os oferecidos aos usu rios que est aumenta
78. dos de 32 Bytes at 2048 Bytes no total de 100 pacotes transmitidos para cada taxa de dados Alcance de 1 metro 120 w 3 E E cE EE Ge Ge a ee a 100 E e 80 E wu 2 6 8 v 40 o Z mw o 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes s 2048 bytes s Entregues 100 100 100 100 100 100 100 Perdidos 0 o o 0 o o o Figura 4 14 Ponto de 1 metro 88 Para o alcance de um metro em todas as taxas de transmiss o de dados foram entregues todos os pacotes com sucesso sem a ocorr ncia de perda dados na rede A essa dist ncia qualquer n sensor dentro dessas taxas poder transmitir com efici ncia seus dados Alcance de 8 metros 120 v 3 100 OOO SF E 80 E a 2 60 8 v 40 3 o 2 o 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes s 2048 bytes s Entregues 100 100 100 99 99 99 96 Perdidos 0 0 o 1 1 1 4 Figura 4 15 Ponto de 8 metros Para o alcance de oito metros observou se um in cio de uma perda a partir de 256bytes s at 1024bytes s Com essa perda de 1 ainda mant m se a qualidade da transmiss o dos dados entretanto a uma taxa de 2048bytes s se tem a ocorr ncia de 4 de pacotes perdidos Alcance de 16 metros 120 a 2 E 10
79. e desabilitar o controle de fluxo atrav s do comando AT amp KO O modem usado neste trabalho vem com padr o configurado para operar em velocidade de 9600 bauds podendo ser alterado para outras velocidades entre 300 bauds a 115 200 bauds Por m toda vez que se desliga o modem ele volta a sua velocidade inicial padr o A transmiss o de dados via GPRS depende da rede limitada a 85 6 kbps e opera na frequ ncia GSM 850 1900 MHz Sua fonte de energia alimentada na entrada por uma tens o entre 90 a 260 VAC e uma sa da de tens o de 12VDC conectados ao modem A fonte fornece uma intensidade de corrente el trica de aproximadamente 1A Suas dimens es f sicas s o de 103mm de comprimento 70mm de largura e 28mm de altura tamanho adequado para estrutura f sica projetada para abrigar o restante do circuito de hardware do sistema com um peso de 200g facilita a mobilidade do equipamento em geral 3 Conversor de n vel no caso o MAX232 que um circuito eletr nico que converte sinais de um porta serial para sinais adequados para uso em circuitos microprocessadores 47 O modem recebe uma s rie de comandos AT s para efetuar suas a es pois uma linguagem de comandos orientados por linhas Todos os comandos s o constitu dos por tr s elementos e O prefixo AT o corpo do comando e Caracter de fim de comando ou termina o poss vel digitar mais de um comando numa mesma linha podendo separ los por espa os para f
80. e em qual do n sensor da RSSF vem os dados de sensores e ou atuadores no protocolo Cada informa o de dados coletados da RSSF separada por dois pontos assim pode se ter um n mero consider vel de informa es nesse protocolo relativos identifica o do n da rede No ltimo quadro cont m apenas um byte delimitador de fim de protocolo O primeiro e ltimo quadro de mensagem s o usados para marcar o in cio e o fim da mensagem permitindo que o dispositivo receptor determine qual dispositivo est sendo 69 endere ado e saber quando a mensagem est completa al m de realizar a compara o de come o e fim para validar do mesmo Da mesma forma funciona o protocolo de dados mostrados na Figura 3 22 em que os bytes de valida o e identifica o do protocolo est o no in cio Por m os caracteres diferem do protocolo anterior sendo que ap s o caractere separador de dados vem a identifica o do n sensor na rede Atrav s desse quadro o sistema GPRSx passa a direcionar para qual buffer deve armazenar os dados para depois encaminhar para o servidor Os dados provenientes de n s sensores vem seguido ap s um segundo caractere separador de dados onde s o finalizados com um caractere asterisco finalizador ou delimitador de fim de protocolo Comando de Identifica o Bits de Valida o do N Sensor Dados de Sensores e ou J E Atuadores MOD 1 DADOS lt CR gt lt LF gt Bit de Fim de Protocolo C
81. ear o servi o logo n o ir se conectar gerando uma falha na conex o entrando no modo Alarme do sistema 2 Problema Sem sinal de r dio ou sinal de nivel baixo Esta situa o acontece quando o GPRSx se encontrar em locais totalmente fechados como elevadores estacionamentos entre outros ou mesmo fora da rea de cobertura da operadora celular Da mesma forma n o conseguir abrir a conex o ocasionado uma falha para o sistema 3 Problema A operadora n o suporta o servi o O problema um evento pouco prov vel nos dias atuais pois as maiorias das operadoras celulares j disp em do servi o de dados GPRS Entretanto n o se pode descartar a possibilidade dessa ocorr ncia por ocasi o de o servi o estar fora do ar 3 Situa o Servidor n o encontrado Quando o GPRSx ao tentar se conectar com o servidor remoto n o consiga Neste caso existem v rias possibilidade de acontecimentos tais como Servidor n o est online IP do servidor errado Porta da aplica o bloqueada 55 Diante de todas essas situa es OSEx v como um sistema de falha cr tica pois analisa como uma invalida o das etapas sequenciais pr definidas Perante disto a tarefa assumida em prioridade o Alarme que uma fun o de falha do sistema em que se encarrega em avisar de imediato utilizando para isto dois mecanismos que age simultaneamente com o objetivo de alerta a falha
82. em como objetivo de avisar sobre poss veis falha cr ticas no sistema uns desses alarmes a notifica o sonoro do sistema 3 2 9 Sinalizadores de Estados Para indicar o estado em que se encontra o sistema ou para checagem sobre a valida o das opera es tais como conex o a operadora servidor fluxo de dados e etc Optou se em utilizar led s para ajudar na visualiza o imediata das opera es servindo como sinalizadores de estados do sistema GPRSx Os led s s o diodos emissores de luz seu principal objetivo emitir luz em locais ou em aparelhos ao inv s de l mpadas convencionais que consome mais corrente el trica e emitem mais calor S o adequados para utilizar como sinalizadores de avisos e entre outros Existem no mercado diferentes tipos de led s com tamanhos variados e de diferentes cores Sua utiliza o no GPRSx no acompanhamento funcional de todo o processo ajuda no comportamento atrav s dos led s acoplados na estrutura do GPRSx Os led s auxiliam na 38 visualiza o do funcionamento do sistema O GPRSx possui tr s led s para indicar o processamento e um led vermelho de tamanho menor que fica constantemente piscando quando o equipamento est ligado e pronto para funcionar O led amarelo de dados pisca e ou acende quando h fluxo de dados entre o modem GSM GPRS e GPRSx O led verde indica que o sistema efetuou com sucesso as valida es tais como Teste de perif ricos conex o a operadora e
83. equency hopping spread spectrum a qual corta em pequenos peda os o dado a ser enviado e o transmite em blocos utilizando at 79 portadoras escolhidas aleatoriamente Sua taxa de transmiss o pode chegar a 1 Mbps Os grupos de interesse para esse protocolo consistem em empresas nas reas de telecomunica o computa o pessoal redes sem fio e consumidores de eletr nicos Muitas s o as aplica es atuais do padr o 802 15 entre elas pode se citar como as principais 9 11 e Controle e comunica o sem fio entre aparelhos celulares e fone de ouvido ou sistemas de viva voz e Comunica o sem fio entre computadores em um espa o reduzido onde pouca largura de banda necess ria e Comunica o sem fio entre computador e dispositivos de entrada e sa da como mouse teclados e impressora e Comunica o sem fio entre telefones celulares e esta es de telefonia fixa para funcionar como um telefone sem fio dentro da rea de cobertura e economizar em tarifas de servi o telef nico e Transfer ncia de arquivos entre dispositivos usando OBEX e Transfer ncia de contatos anota es e eventos de calend rio e lembretes entre dispositivos com OBEX 20 e Substitui o de dispositivos seriais tradicionais com fio em equipamentos de teste receptores GPS equipamentos m dicos leitores de c digo de barras e dispositivos de controle de tr fego e Para controles onde o infravermelho era tradicionalmente utiliz
84. erar com dois sistemas microcontrolados Um dos microcontroladores denominado de Processador operacional e outro de Processador de dados ambos s o partes da unidade central de processamento CPU conforme indicado na Figura 3 2 Por esta arquitetura ambos os microcontroladores compartilham instru es operacionais com objetivo de se obter melhor desempenho global do sistema Para isso entre um microcontrolador e outro existe um barramento de comunica o do tipo RS485 que por meio desse realiza se a troca de instru es de controle para a opera o do GPRSx Esse sistema distribu do de compartilhamento de tarefas do sistema entre processadores diminuem a sobrecarga na 1 Na Vers o atual do GPRSx os microcontroladores utilizados foram o dsPIC30F3014 30 execu o e processamento de cada processador fazendo com que cada um tenha processamento dedicado ou especifico As se es a seguir ser o descrito alguns dispositivos que integram o hardware do GPRSx 3 2 1 Processador Digital de Sinais DSP O processador digital de sinais DSP vem do ingl s Digital Signal Processing e pode definir tanto o processador quanto o processo em si Diferente dos processadores gen ricos na sua arquitetura de hardware software e no conjunto de instru es otimizado para o tratamento digital de sinais 28 As caracter sticas do microcontrolador da fam lia dsPIC s o melhores descritas no datasheet encontrado na referencia d
85. erspectiva do usu rio pois este tem de se habilitar nessas redes contratar os servi os e n o raro ter terminais espec ficos para o acesso A id ia de um padr o nico para estas redes n o obteve resultados satisfat rios e uma solu o aponta para a integra o dessas redes para prover acesso nico e transparente ao usu rio Esse trabalho portanto apresenta uma solu o embarcada para integrar padr es de comunica es sem fio heterog nea do tipo IEEE 802 15 4 ZigBee IEEE 802 20 GSM GPRS e IEEE 802 2 Wi Fi Essa heterogeneidade de tecnologias sem fio permite a um usu rio em movimento atrav s de seu terminal local ou remoto acessar aplicativos e servi os de forma transparente A avalia o de desempenho da solu o foi realizada utilizando se dois tipos de servi os dom tica e telemedicina Os resultados indicaram que a solu o proposta consegue integrar e prover os servi os com seguran a e confiabilidade Palavras chave Redes Sem Fio Integra o Sistema Embarcado 12 ABSTRACT In the last 20 years economy and technology have evolved in many directions and into new areas Many of these developments have created opportunities that are being considered in the conception of future communication networks These new possibilities are related to specially use the internet to access services and include mobility low cost technologies growth and jobs over the Internet it is possible to participate in each business
86. es executado para acender e desligar o abajur por meio do interruptor encontrado na parte frontal do m dulo n atuador do sistema e na Figura 4 23 b mostra a outra op o para o acionamento do mesmo utilizando o celular Figura 4 24 Controle na intensidade da luz por meio do celular A Figura 4 24 visualiza os testes realizados no controle da luminosidade do ambiente onde se pode verificar o controle atrav s do celular atuando no n vel de intensidade da luz gt Por meio de um computador local conectado a RSSF foi efetuado um segundo testes utilizando um software desenvolvido Seu funcionamento foi realizado como o esperado Obteve se um timo desempenho na aplica o ao receber e transmitir os protocolos pela rede Foram efetuados todos os testes de acionamento dos dispositivos com a interface verificando as atualiza es e mudan as dos estados dos bot es A Figura 4 25 apresenta a aplica o com as informa es do ambiente como um todo 95 Ju Digital Home 1 7 Desenvolvido por Roberto Sato Rede local Rede Externa Internet Servidor P ai M dulo Acionad Di iti Inari Climatiza o Identifica o oan T dulo Acionador de Dispositivos e Lumin ria limatiza o RRS lentificag3o do N Protocolo Automatiza o Perfil Reativar Dispositivos Estado Atual do Ambiente Selecione Informa es Temperatura 0 i E Indicador Dispositivo Status 3 Aplicar Dados Recebidos Umidade 0 Luminosidade 0 L
87. es fun es como mostra abaixo 0 Teste de comunica o do GPRSx na RSSF 1 Respons vel em colocar em funcionamento nos diferentes modos de opera o 2 Cancelamento do alarme em casos de falhas no sistema 3 Habilita para uma nova conex o 4 Muda as op es de visualiza o no m dulo display 5 Habilita o modo escrita ou modo comando 6 Habilita a transmiss o por parte do processador de dados J no quadro depois do segundo caractere separador encontra se o status das fun es do sistema onde indicam se vai est habilitado ou desabilitado ligado ou desligado e assim sucessivamente e por fim o caractere delimitador de protocolo 71 Cap tulo 4 Testes e Resultados Obtidos 4 1 Introdu o Neste cap tulo ser realizada a descri o dos testes e resultados obtidos referentes solu o embarcada GPRSx aplicados a dois processos a saber Dom tica e Telemedicina Para ambos os processos foram desenvolvidos hardware e software para o interfaceamento com o sistema proposto Desta forma ser apresentada uma descri o dos processos desenvolvidos dos m dulos aplicados na integra o do cen rio residencial Dom tica e o circuito de aquisi o EMG no monitoramento em telemedicina 4 2 Dom tica Segundo 33 34 dom tica um recurso utilizado para controle de um ou mais aparelhos eletr nicos por meio de uma central computadorizada e
88. essessesesscsessessessesesscssrsesscsonsesecsenees 22 2 2 1 Aplica es e servi os utilizando tecnologias de comunica o sem fio por meio da rede ZigBee 22 2 2 2 Tecnologias de comunica o sem fio por meio das redes Wi Fi e GPRS 23 2 3 Trabalhos relacionados s aplica es e servi os em redes heterog neas ceccecceecereresererssresesses 25 CAP TULO 3 sisisasa irei ri da dn 29 SOLU O EMBARCADA PARA INTEGRA O DE REDES HETEROGENEAG ssssssssssesssesssesseenss 29 31 Introdu o suis scscvaces dees sdsosanssescccsvensecestecccessetsccsdesssesssvanduassacsuscepetessicassesdsovesvassurecondsesedeestuscescsedeeusecentensonees 29 3 2 Elementos do Sistema sssssssssssssrsesssssesesscssrsesscssesesscssesessessesesscssesessessssessessssessessesesseseesessesssseseeseeses 29 3 21 Processador Dieital de Sinais DSP ess cscs isa es Aes a a ee a 31 3 22 0 dSPICS0R301 40 nisso At a ett posta a ANG Sa GOD LE GE den a cake ee a ie LL 31 3i2 3 Oscillator Oscilador sfssse casscvcegseleteeeesecaechi eaves ci es rae este A a rise eek 32 3 2 4 Comumicacad UART do dsPIC enere arere dani iin ee cuca nach beet E ee bas oa da weaned cao eeaven beets 32 3 2 5 Barramento de Comunica o RS485 anren R a a RO a a RE S 34 3 2 6 Display LCD soil n a a RENDA a tae O AA 35 3 2 1 Interrup es de Entradas 1ic avs cst arena oi a a a a a eee S 37 3 2 8 Notifica o Soniai rni sv E E E E E R EEE O O EURO a
89. esta disserta o 3 2 2 O dsPIC30F3014 O dsPIC30F3014 possui as seguintes caracter sticas e 48 kbytes de mem ria de programa valor suficiente para realiza o das rotinas implementadas pelo programa e 2 kbytes de mem ria RAM o que possibilita o uso de vari veis tipo float e 2 porta de comunica o que permite a conex o de equipamentos externos e M dulo IC utilizado na comunica o com o banco de mem rias e Conversor anal gico digital A D com entrada de at 13 canais e Modo de opera o com Clock de Tempo Real RTC interno A pinagem deste microcontrolador pode ser observada na Figura 3 3 31 MCLR 4 N7 of Avo ANO VREF CN2 RBO j 2 390 AVss _AN1 VREF CN3 RB1 73 38 0 AN9 RB9 AN2 SS1 LVDIN CN4 RB2 4 37 O AN10 RB10 AN3 CN5 RB3 0 5 36 O AN11 RB11 AN4 CN6 RB4 6 350 AN12 RB12 AN5 CN7 RB5 O7 34 EMUC2 0C1 RDO PGC EMUC AN6 OCFA RB6 8 gt 33 EMUD2 0C2 RD1 PGD EMUD AN7 RB7 O 9 2 320 VDD AN8 RB8 10 31H Vss Vpop O 11 q 30H RFO Vss 12 O 2910 RF1 OSC1 CLKI O 13 a 28 U2RX CN17 RF4 OSC2 CLKO RC15 H 14 o 27 U2TX CN18 RF5 EMUD1 SOSCI T2CK U1ATX CN1 RC13 H 15 26 U1RX SDI1 SDA RF2 EMUC1 SOSCO T1CK U1ARX CNO RC14 H 16 25H EMUD3 U1TX SDO1 SCL RF3 INTO RA1 H 17 24 EMUC3 SCK1 RF6 IC2 INT2 RD9 H 18 23 IC1 INT1 RD8 RD3 H 19 22 RD2 Vss H2
90. estestestesresrnsrsrenresrestent 73 423 M dulo Senso kinn stars hohe ibs Aime dank da aint eh ee ae aa aiid tii eee 76 4 2 4 MOdulo A tad Ors coina a a Stan LA eai E ated EE da tania adds E E ESVE ESE EEEE 77 4 2 3 Descri o dos TESTES iscas ieissa sda arero ena eaae e aE iepa a E SEEN aaa AE EEEE TEE aai ae 82 4 2 4 An lise do Custo da Transmiss o dos Dados via GPRS ccccccsssccessneeeeseneeeessneeeeseceeeeseeeeeseneeeesenaes 102 AVS Tele me dicitnas sis zcsccsesicceaussiisaccodecsoctssdsscsensissectsedsosdashaceestssbacasoccccsecasaddcedastassecdensasccsagd seezebticodesdedeaczabtasceies 103 4 3 1 Introdu o seus ress iso e KEEA E en dava do NEEE ET EE E EEE EE usa E E telayeed use gaa sina 103 4 3 2 Ambiente de desenvolvimento cccccccesscccssseceessseeeessececsseeeesenseeessaneeesseaeeeesseeeesenseeessuseeeessneeeeseages 109 CAPITULO Saias a al a a a Salinas 115 CONCLUS O E TRABALHOS FUTUROS ccecseeseesseseeneensensensensensensensensensensensensensensensensensensensensensenses 115 5 1 Introdu o iissescssccccnssissessssassecssdsssessoodseodeasssceseseddacsondsscesovas esduasssceses sovisesadsceessvsnscobasseseodasedssesssaccudeseasonseds 115 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS isinsd ias adorando IS ii 118 11 RESUMO Nos ltimos de 20 anos economia e tecnologia evolu ram em muitas dire es e em novas reas Muitas dessas evolu es criaram oportunidades que est o sendo consideradas na concep o de
91. gura 3 17 Diagrama de conex o de perif ricos do GPRSx Para sistematizar uma forma de transmiss o de dados por meio do servi o GPRS foi desenvolvida uma arquitetura de comunica o geral para atender diversos dados de processos simultaneamente Entretanto foi necess rio definir o formato dos quadros e a regras a serem seguidas atrav s de uma estrutura de protocolo que se encarregue de compartilhar os dados da rede e estabelecer a comunica o entre o GPRSx e o servidor O GPRSx n central da RSSF respons vel em gerenciar transmitir e receber os dados proveniente dos demais n s sensores da RSSF Em um primeiro momento houve necessidade da constru o de um protocolo simples entre a RSSF e o GPRSx proveniente de dados de sensores e ou atuadores que pudesse identificar os n s e separar os dados aquisitados Contudo o GPRSx especificamente o processador de dados capaz de receber essas informa es e anexar em uns dos quadros definidos na Figura 3 18 realizando posteriormente a identifica o referente ao n e seus respectivos dados Por tanto o protocolo implementado no GPRSx definido em quadros ou frame contendo as informa es e Quadros de autentica o e Identifica o do equipamento GPRSx e Identifica o do n sensor da RSSF e As informa es dos dados dos n s sensores Esse ltimo depende do tipo de informa o e opera o do equipamento podendo existir por parte do GPRSx um pr
92. i Em meados da d cada de 1990 foi lan ado o primeiro padr o o 802 11 mas observou se a necessidade de tornar a tecnologia 802 11 compat vel com a Ethernet Alguns problemas ficaram evidentes mas foram solucionados com a padroniza o de 1997 por m sua velocidade era lenta 1Mbps ou 2Mbps E assim o comit da IEEE come ou a trabalhar em busca de padr es mais r pidos Em 1999 foram lan adas duas padroniza es a 802 11a e 802 11b que resolveram o problema da baixa velocidade Posteriormente foi publicado o padr o 802 11g uma combina o dos padr es 802 1 la e 802 11b A seguir a Tabela 2 1 lista as faixas de frequ ncia e taxa de dados do padr o 802 11 9 19 Tabela 2 1 Especifica es Faixa de freqii ncia Taxa de dados 802 11b 2 4 2 485 GHz at 11 Mbps 802 1lla 5 2 5 8 GHz at 54 Mbps 802 1lg 2 4 2 485 GHz at 54 Mbps QO Bluetooth 10 Bluetooth o nome associado ao padr o IEEE 802 15 aberto para redes pessoais sem fio WPAN Esse padr o descreve como conectar e trocar dados e voz entre dispositivos como telefones celulares computadores port teis computadores de mesa impressoras c meras digitais receptores de GPS e consoles de videogames digitais atrav s de uma banda de freqii ncia de r dio de curto alcance de 2 4 GHz n o licenciada aberta e segura A tecnologia de r dio utilizada por esse padr o denominada salto de frequ ncia por espalhamento espectral fr
93. idor Nesse contexto utilizou se um algoritmo para avaliar o desempenho de dispositivos Zigbee que apresentou os resultados obtidos em termos de BER Bit Error Rate e BAyER Byte Error Rate Com isso p de ser avaliada a robustez da comunica o sem fio e a compatibilidade eletromagn tica da blindagem dos circuitos eletr nicos No artigo em quest o o sistema apresentado empregou t cnicas de comunica o sem fio como uma ferramenta poderosa no aux lio da identifica o 22 de defeitos em ramais e ou setores de alimentadores sob falta tornando mais r pido desta maneira o restabelecimento do fornecimento da energia ao consumidor Outro sistema usando a tecnologia Zigbee apresentado em 17 que utilizando dos conceitos de redes de sensores do protocolo Zigbee e dos sistemas de ar condicionado convencional e h brido poss vel se integrar duas redes Zigbee com controle embarcado liga desliga para gerenciar as temperaturas de duas salas de um pr dio O trabalho mostrou a integra o de duas redes de sensores em um laborat rio objetivando o controle de dois ambientes ao mesmo tempo 2 2 2 Tecnologias de comunica o sem fio por meio das redes Wi Fi e GPRS Como diariamente novos aplicativos J2ME surgem utilizando a transfer ncia de dados via rede celular ou sem fio popularizou se o acesso a Internet a partir dos aparelhos m veis O aplicativo desenvolvido em 18 tem como objetivo o acesso a servidores Linux por me
94. iliza o da tecnologia presente em celulares na qual o objetivo realizar um controle automotivo atrav s de comandos enviados por mensagem de texto SMS Short Message Service Tais comandos acionam fun es de um microcontrolador executando as fun es solicitadas atrav s de comandos dados pelo usu rio usando o servi o celular de SMS Um modem GSM GPRS utilizado como intermedi rio para o recebimento envio de mensagens entre o microcontrolador e o celular do usu rio O projeto contribuiu apresentando um sistema que oferece seguran a praticidade e economia e que permite ao usu rio um alcance limitado apenas pela cobertura da rede GSM Sendo um projeto port vel e flex vel h a possibilidade da realiza o de diversos trabalhos adicionais e complementares Al m de o sistema permitir expans o e melhoria via software e ou hardware pode ser desenvolvido um projeto equivalente para outras reas Em 22 os autores prop em o desenvolvimento de um dispositivo de alarme que pode disseminar avisos de desastres para as comunidades mais amea adas atrav s da rede GSM O dispositivo descrito capaz de gerar alarme aud vel alto sinal luminoso atrav s de lanternas e o acionamento de um r dio embutido em resposta a uma mensagem de aviso uma entidade autorizada atrav s do servi o GSM de mensagens curtas SMS ou de difus o celular CB Cell Broadcast O trabalho exp e um importante uso da rede GSM que possui uma ampla rea de co
95. io de uma conex o SSH a partir de um dispositivo celular com suporte a J2ME Este aplicativo disponibiliza ao usu rio a possibilidade de se conectar a qualquer servidor Linux ligado a uma rede por meio de uma conex o segura com acesso a fun es de gerenciamento sem a necessidade de um segundo aplicativo instalado no servidor Com o uso da plataforma de desenvolvimento J2ME e a utiliza o de um c digo simples e gen rico foi criado um aplicativo compat vel com a maior parte dos dispositivos m veis disponibilizados atualmente pelo mercado Com tal aplicativo poss vel utilizar qualquer conex o com a rede sendo por meio de uma rede celular ou uma rede wireless Outra grande vantagem do uso deste aplicativo a possibilidade de se conectar a qualquer servidor Linux sem configura o pr via pois se trata de um protocolo padr o deste sistema operacional Em 19 mostra se um interessante servi o para pessoas com portadoras de defici ncia atrav s do uso do Wi Fi Usando redes sem fio para ajudar na navega o o sistema proposto alerta o usu rio da sua proximidade com entradas acess veis a um determinado edif cio ou instala o Os pesquisadores da Intel Research desenvolveram um programa de aplica o de c digo aberto chamado Place Lab que monitora em uma proximidade pontos WiFi de acesso APs 802 11 e usa pontos de sinais fortes a fim de estimar a localiza o de um dispositivo computacional A localiza o do usu ri
96. iss o A taxa de transmiss o configurada para comunica o sem fio foi de 11500 bauds entre os m dulos ZigBee e GPRSx Por meio do gerador de fun o foi gerado um sinal senoidal com freqii ncia de 500Hz para testar a transmiss o do mesmo visto que um sinal conhecido e f cil visualiza o Ap s o processo de convers o A D foram transmitidas por meio do GPRSx utilizando a comunica o sem fio GPRS Nos testes de transmiss o sem fio foi verificado algumas falhas e erros nos dados das amostras do sinal devido s especifica es do modem GSM GPRS operar dentro de seu limiar 112 Para resolver esse problema foi implementado no software do servidor um algoritmo no qual se verificam os dados que chegam descartando as que estiverem com erros A Figura 4 42 a mostra o gr fico dos dados recebidos com algumas falhas e o gr fico da Figura 4 43 b j processado pelo software corrigindo esses erros 350 S rie 1 Figura 4 42 a Sinal recebido 350 300 250 200 150 S riel 100 50 o a E E E a a a E Figura 4 43 b Sinal tratado A Figura 4 44 mostra a interface do software desenvolvido para os testes na qual s o recebidos tratados e armazenados em arquivos al m de visualizar o sinal por meio de um gr fico Servidor Eletromiografia EMG Arquivo Editar Sobre Status da conex o Gr fico IP Guia m quina Graneo
97. istro de descolamento o Receive Serial Shit Register UXRSR Os dados recebidos pelo pino UxRX s o enviados ao bloco de recupera o dos dados O bloco de recupera o dos dados trabalha a uma taxa de 16 vezes a taxa de transfer ncia enquanto o deslocador serial de recep o opera com a taxa de transfer ncia Ao receber o stop bit o dado recebido que est no UxRSR transferido para o buffer de recep o se ele estiver vazio 28 Existem tr s formas de interrup es que podem ser geradas durante o evento de recep o de dados pela UART A primeira acontece quando um dado transferido do registro de deslocamento UxRSR para o buffer de recep o A segunda ocorre uma maneira semelhante por m ap s essa opera o o buffer deve conter tr s ou quatro caracteres A terceira da mesma forma por m ap s essa transfer ncia ela sinaliza se o buffer de recep o estiver cheio 33 Essas interrup es que ocorrem durante o processamento s o necess rias para atender uma determinada informa o solicitada sejam instru es do processador vizinho mudan a de estado nas portas de entrada e sa da do microcontrolador ou mesmo dados provenientes da RSSF e ou rede GPRS O sistema realiza a verifica o detalhada da informa o recebida em seu buffer no caso de uma interface de comunica o ap s identific la e interpret la executa de imediato o evento recebido Com o uso correto das interrup es poss vel executar
98. junto de Objetos do ESOx Tarefa Processador Prioridade Inicializa o Processador Operacional Pr definida Sincroniza o Processador Operacional Pr definida Detec o Processador Operacional Pr definida Operadora Processador Operacional Pr definida Servidor Processador Operacional Pr definida Alarme Processador Operacional N o definida Dados Processador de Dados Alta Prioridade Interrup o P de Dados e P Operacional Alta Prioridade Reset Processador Operacional Baixa Prioridade O OSEx foi projetado para identificar e tratar poss veis eventualidades inesperadas do sistema tais como falha na conex o falha na detec o de dispositivos na etapa de inicializa o servidor n o encontrado e outros O diagrama da Figura 3 10 mostra a rela o dos usu rios com o sistema GPRSx ap s ocorr ncia falhas dentro de seus conjuntos de tarefas GPRSx Conex o GPRS lt lt extend gt gt lt lt include gt gt lt lt include gt gt x Conex o Servidor In cio do Sistema Notifica o de Falhas PD R lt lt extend gt gt lt lt extend gt gt A Local i E lt lt include gt gt lt lt extend gt gt lt lt include gt gt Covance anne Inoperante Usuario Reboot Processamento Figura 3 10 Diagrama de caso de uso do sistema de alarme Foi implantado um agente inteligente no ESOx para detectar const
99. ldalsinal N de Bytes Recebidos 192 168 2541 Hess N da Porta r r 1 i Bytes Processados Amostras Aceitos 37224 Amostras Perdidos 35 Desconectar w a at a a ee celine Ci Pai IES ei Biss aa 4 a 367 Informa es ie TR ey Sze nessa ROSA padrao her ial sa duto ideia ate FE X EA i aoai Limpar tudo N de Amostras no gr fico 300 36 950 37 000 37 050 37 100 37 150 37 200 Zoom grafico aie Figura 4 44 Software do Servidor 113 Os resultados esperados relacionam se com a avalia o do desempenho do sistema desenvolvido e que consistiram em identificar o funcionamento correto do sistema e integridade dos sinais adquiridos Desta forma foram realizados testes de aquisi o de dados tanto de sinais simulados usando o equipamento EMG como atrav s de sinais reais eletrodos An lises comparativas com os sinais adquiridos pelo sistema e os observados em um oscilosc pio indicam a similaridade dos sinais comprovada com o valor do erro m dio quadr tico igual a zero J os testes do sistema de transmiss o sem fio foram realizados considerando procedimentos semelhantes ao do sistema de aquisi o consistiram em uma avalia o baseada na compara o entre o sinal transmitido e o recebido no ponto remoto A an lise consistiu no c lculo no erro m dio quadr tico assumindo o sinal transmitido como o de refer ncia O valor encontrado para o erro foi igual a zero indicando que o sinal recebido
100. m sistemas de sensores locais e de maior abrang ncia para interpretar as observa es do ambiente e adaptar de forma flex vel a rede ao dinamismo do sistema de comunica o 1 Essas redes de nova gera o prev em a integra o de v rios sistemas heterog neos existentes unidos em uma infra estrutura capaz de entregar transparentemente aos usu rios finais uma ampla gama de servi os com a finalidade de permitir a sua comunica o e acesso informa o considerando a qualidade dos servi os fim a fim 1 A converg ncia das redes sem fio permitem o fornecimento de servi os m veis e interativos atrav s de diversos padr es de redes Neste cen rio as operadoras de telecomunica es buscaram nestes servi os de dados novas oportunidades de neg cio renda As operadoras passaram a investir em uma segunda rede de dados pacotes para ofertarem servi os em adi o rede de voz convencional Hoje existem terminais que ficam conectados o tempo todo na Internet com tarifa o por volume de uso o que abre possibilidades de maior penetra o desses servi os Portanto um dos desafios das converg ncia de redes a complexidade de testes para a determina o de problemas e garantia de disponibilidade e performance 2 A evolu o de uma rede existente em dire o a essa nova estrutura necessitar de uma estrat gia de migra o progressiva visando uma redu o ao m nimo das despesas de investimentos durante a fase
101. mecanismo para que a exist ncia de dois ou mais n s na rede sejam identificados pelo sistema GPRSx Com a constru o de um protocolo de comunica o entre os n s sensores e o GPRSx ja se tem id ia de como s o definidas algumas regras dentre as quais a implementa o de um cabe alho contendo a identifica o de seus respectivos n s e um quadro com as informa es de dados de sensores como mostra a Figura 3 18 ID Dados dentifica o d processo Informa es do Processo Figura 3 18 Arquitetura de protocolo de comunica o dentro da RSSF Deste modo cada n da rede teria sua identifica o no sistema GPRSx onde o mesmo se encarrega de empacotar essas informa es e transmiti las at um servidor remoto por meio da internet utilizando a interface GPRS 65 3 4 3 Comunica o via GPRS Depois da constru o do protocolo de comunica o na RSSF j poss vel identificar o processo e armazenar os dados em mem ria para serem transmitidas at o servidor do sistema O GPRSx processa e transmite esses dados da RSSF utilizando a comunica o GPRS da operadora m vel disponibilizando esses dados na rede mundial de computadores e atrav s de uma aplica o servidora poss vel receber e transmitir remotamente Os dados de sensores e ou atuadores de diferentes n s da rede ao chegarem no processador de dados do sistema GPRSx realizam a verifica o do cabe alho do protocolo identificando em um primeir
102. mento do Processador de dados Ao ligar o equipamento GPRSx o microcontrolador processador de dados entra e permanece no loop do processo espera aguardando um protocolo de controle na interrup o 1 vindo da RSSF ZigBee na qual identifica o protocolo de controle e dependendo do comando inicia o processador operacional Como o microcontrolador utilizado neste sistema tem dispon veis duas UARTS interfaces de comunica o para cada uma h uma interrup o independente onde podem ser definidos n veis de prioridades 59 1 Interrup o Est conectado o m dulo ZigBee onde recebe os dados que ser o tratados Essa interrup o exclusiva para o atendimento da RSSF dentro do processador 2 Interrup o E conectada a interface de comunica o com o modem GSM GPRS onde o mesmo compartilhado com o processador operacional Cabe ao processador de dados apenas a recep o e transmiss o de dados das redes e n o o procedimento de conex o falhas e outros eventos que poder o ocorrer O quadro processamento como ilustra a Figura 3 12 anterior o processador de dados permanece ap s entrar no modo ativado tratando os dados e controle proveniente das interrup es descrito anteriormente de extrema import ncia o processador de dados pois a limita o do tamanho dos dados na rede est diretamente relacionada com a taxa de transmiss o de cada interface de comunica o e com a quantidade tamb
103. microcontrolador processador operacional gerando um evento de interrup o no sistema Ao receber esse sinal em sua respectiva porta de entrada efetua a a o aquisitada assim como os outros bot es do GPRSx Cada bot o tem sua fun o bem definida na execu o das tarefas do sistema O GPRSx possui tr s bot es do tipo press o e um bot o contendo duas posi es para ligar e desligar o equipamento GPRSx A Figura 3 4 mostra os bot es de interrup es existentes no circuito constru do e uma breve descri o dos mesmos Visualizar outras informa es Reabilitar o Sistema Cancelar o Alarme Figura 3 4 Interrup es do GPRSx gt Bot o 01 Envia um sinal para o processador paginar as informa es no m dulo display tais como Informa es sobre o estado de conex es e o status de conex o ao servidor sistema gt Bot o 02 Coloca novamente em atividade o GPRSx ap s o cancelamento do alarme Sem a utiliza o do bot o 02 o sistema ficar inoperante sendo assim n o poder processar nenhuma tarefa apenas o comando reset atrav s de uma chamada remotamente via GSM ao equipamento gt Bot o 03 necess rio para o cancelamento do modo alarme pois desativa a tarefa do sistema O GPRSx ap s entrar no modo alarme dispara a notifica o sonora e simultaneamente realiza uma liga o via chamada telef nica GSM ao usu rio remoto e esse cancelamento pode ser reali
104. n o no sistema de muita import ncia devido ao grande n mero de elementos que podem gerar ru dos tais como ru do na rede el trica interfer ncia eletromagn tico e etc e Amplificadores Operacionais sua fun o amplificar e tratar os baixos sinais el tricos obtidos e Conversor A D sua fun o realizar sucessivas amostragens do sinal anal gico convertendo o em valores discretos digitais e envi los via comunica o RSSF at um dispositivo GPRSx e GPRSx sua fun o receber valores que foram convertidos pelo microcontrolador e envi los via comunica o GPRS at um servidor remoto A Figura 4 35 apresenta o diagrama eletr nico do sistema constru do 105 Eletromiografia Amplifica o EMG ter Filtro 33R 10uF Eletrodos Ve eH eo y e Ref o dsPIC30F3014 Conversor A D Figura 4 35 Diagrama eletr nico do sistema constru do Para a aquisi o sinal EMG necess rio uma etapa de amplifica o e outra de filtragem do sinal capturado atrav s dos eletrodos Em virtude da baixa amplitude do sinal EMG durante a aquisi o faz se necess rio amplificar o sinal para posterior processamento No projeto foi escolhido um circuito integrado AD625 da ANALOG DEVICES que um amplificador operacional de precis o especificamente projetado para atender a duas reas principais de aplica es Circuitos exigindo ganhos fora do padr o
105. nder a real necessidade de seus usu rios com a melhor qualidade poss vel Entre estas tecnologias os sistemas m veis sem fio tem um lugar especial devido a sua difus o excepcional na ltima d cada que junto com a Internet tem permitido o aparecimento de dispositivos inteligentes a introdu o de novos servi os inovadores exigindo um ambiente que suporte a inova o criatividade e crescimento econ mico Nos ltimos anos houve um desenvolvimento significativo das tecnologias sem fio principalmente devido necessidade de conectividade entre dispositivos Antes disso as tecnologias focalizavam mais os servi os de voz Internet IEEE802 11b e a transfer ncia de arquivos Entretanto em algumas reas como a industrial a m dica e a residencial necessitavam de uma tecnologia que realizasse esta conectividade com um baixo consumo de energia um baixo custo simplicidade do protocolo e padroniza o 6 Algumas destas tecnologias s o O Telefonia Celular 4 A tecnologia UMTS Universal Mobile Telecommunications System um dos padr es 3G foi especificada pelo grupo 3GPP 3rd Generation Partnership Project e parte do padr o global ITU IMT 2000 A tecnologia UMTS est diretamente relacionada tecnologia 18 GSM Global System for Mobile Communication por ter sido desenvolvida a partir desta Por essa raz o quase todos os dispositivos UMTS aceitam GSM permitindo opera o em modo dual UMTS prov servi os de al
106. ndo a cada dia principalmente em telefonia m vel Nas tecnologias mais recentes os aparelhos celulares e PDA est o se tornando cada vez mais conectados Internet possibilitando acesso quase todos os servi os que eram dispon veis apenas atrav s de outros meios de acesso como os computadores pessoais 5 O maior est mulo para a mudan a das redes a redu o de custos Os custos dos equipamentos de telecomunica es t m ca do na mesma propor o dos PCs e isso tem estimulado o crescimento e o uso das redes Outra economia o uso compartilhado da infra estrutura opera o manuten o e uso dos servi os de rede A implementa o de uma infra estrutura de rede convergente para o provimento de servi os de voz e dados integrados em contraste com as atuais plataformas independentes representa um enorme potencial de redu o de custos de opera o e manuten o de rede foi um elemento motivador deste trabalho 6 1 2 Objetivo Esse trabalho prop e a constru o de uma solu o embarcada para integrar padr es de comunica es sem fio heterog nea do tipo IEEE 802 15 4 ZigBee IEEE 802 20 GSM GPRS e IEEE 802 2 Wi Fi Essa heterogeneidade de tecnologias sem fio permite a um usu rio em 15 movimento atrav s de seu terminal local ou remoto acessar aplicativos e servi os A converg ncia das tecnologias envolvidas possibilita tamb m ao usu rio interagir com o servi o que lhe provido Conectado ao servi o
107. neira de interligar os equipamentos A rede el trica uma boa aposta mas a transmiss o sem fio e as linhas telef nicas ainda seguem consideradas fortes candidatas 35 A implementa o de um projeto de automa o residencial tem como atividade a integra o de sistemas baseados em dispositivos de computa o comunica o sensores e atuadores Nesse sentido atuam algumas tecnologias tais como o PLC que utilizado para transmiss es entre computadores como por exemplo permitir o acesso Internet atrav s da rede el trica 36 Apesar das vantagens com rela o utiliza o da infra estrutura da rede de distribui o el trica para a transmiss o de dados como baixo custo e no caso de resid ncias ja constru das o fato de se evitar a realiza o de reformas tais tecnologias possuem baixas taxas de transmiss o quando comparadas a outras como as redes telef nica e sem fio 37 A pr pria heterogeneidade dos equipamentos envolvidos cada um utilizando diferentes padr es se mostra um fator que contribui para a complexidade desses sistemas que demandam projetos flex veis bem como a compreens o por parte do projetista de uma vasta gama de diferentes tecnologias Uma casa automatizada est deixando de ser um luxo pois al m de conforto representa seguran a economia e qualidade de vida E a ind stria da constru o civil j sabe que esse um importante diferencial de venda at mesmo nos im veis para a classe
108. no ponto remoto correspondia ao transmitido An lises adicionais mostrarem que os sinais capturados eram compat veis com os sinais de EMG apresentados na literatura no que diz respeito forma de onda e conte do espectral 114 Cap tulo 5 Conclus o e Trabalhos Futuros Este cap tulo apresenta as conclus es obtidas sobre o GPRSx suas aplica es em diferentes processos bem como algumas recomenda es para trabalhos futuros 5 1 Introdu o A integra o de diferentes tecnologias de comunica o sem fio conduz compreens o de que as redes s o efetivamente uma infraestrutura de suporte para todo um conjunto de servi os envolvendo a intera o entre pessoas pessoas e m quinas e entre m quinas A nfase das tecnologias come a a se deslocar para as interfaces entre o ser humano e os servi os de comunica o e informa o Conforme proposto foi desenvolvida uma solu o embarcada para integrar diferentes tecnologias sem fio ZigBee Wi Fi e GPRS Para tal solu o foi constru do implementado e testado o m dulo de hardware e software do GPRSx usando dois diferente processos a saber Automa o residencial e telemedicina O resultado obtido foi um sistema que pode ser usado em diferentes reas do conhecimento onde mobilidade e portabilidade sejam essenciais O uso da solu o proposta se foi poss vel atrav s da utiliza o de microcontroladores para a solu o embarcada A concep o da interface
109. nova identifica o no cabe alho de seu protocolo passando a atuar junto ao sistema O protocolo do m dulo atuador formado pela seguinte estrutura MOD1 000 0 r n e MODI gt a identifica o do m dulo n da rede no qual atrav s desse cabe alho que ir diferenciar dos demais n s existentes e outros que possam a ter no sistema e gt um caractere separador de quadro do protocolo 81 e A partir desse ponto logo ap s o separado H vem a identifica o de estado e de controle de cada dispositivo Para cada ndice no caso 1 byte ou 1 caractere se tem a possibilidade de se variar de 0 a 9 e ou A a Z Para tanto admite se que o n mero oe chi oe Tp a 4 66 FF zero representa um dispositivo desligado e o n mero um representa ligado ou mesmo 0 a 9 s o os n veis de intensidade como um exemplo no caso de uma l mpada o controle de n veis de luminosidade conhecida como Dimmer O tamanho do protocolo varia pela quantidade de dispositivo acrescentado na casa colocados ap s o separador de quadro 4 2 5 Descri o dos Testes Na verifica o do pleno funcionamento dos m dulos com GPRSx todas as partes envolvidas foram testadas separadamente e agrupadas uma a uma at a obten o do resultado final j com a integra o de todos os padr es de rede Para os testes de valida o foram utilizados um celular da marca Nokia um modelo N95 que possui um sistema operacional Sym
110. nquanto isso o GPRSx trabalha com hiberna o de recursos com apenas um microcontrolador Processador de dados e o m dulo de comunica o ZigBee Aloca memoria para as variaveis Liga o sistema porcompleto Configura as coloca no modo portas de Ativado entradae saida Aguarda um comando LIGAR Recebeuo comando RX Recebe Protocolo da ASSF Figura 3 12 Fluxograma do Processador de dados para Ativa o do Sistema Na Tabela 3 9 s o apresentados os protocolos de comandos de controle do GPRSx e suas fun es no sistema Tabela 3 9 Protocolo de Comando Protocolo RCCMD 1 1 RCCMD 1 0 RCCMD 1 3 RCCMD 0 0 RCCMD 2 1 Fun o Liga o equipamento GPRSx Desliga o GPRSx Reseta o sistema Teste de Comunica o Cancela o Alarme 58 RCCMD 3 1 Habilita para uma nova conex o RCCMD 4 1 Muda as op es de visualiza o do display LCD RCCMD 5 1 Habilita o modo escrita RCCMD 5 0 Habilita o modo comando e desabilita o modo escrita RCCMD 6 1 Habilita a transmiss o de dados pela rede Um exemplo ao receber o comando ligar atrav s de um de seus protocolos de controle Neste caso gerada uma interrup o saindo do processo Espera como mostrado na Figura 3 13 O microcontrolador colocar em modo ativado fazendo com que o Processador operacional assuma as demais tarefas do EOSx SD mm ce ei Figura 3 13 Estrutura de funciona
111. o adormecido 39 Um dos fatores que levou para esse tipo concep o no desenvolvimento do projeto est relacionado com a redu o do consumo de energia el trica sem haver a perda da disponibilidade do sistema GPRSx durante todo o processo No modo ativado os dispositivos e os processos do sistema permanecem sempre habilitados consumindo mais energia para trabalharem No modo adormecido ocorre hiberna o de parte de recursos do sistema utiliza se da possibilidade de desligamento de determinadas parcelas dos dispositivos nos momentos em que estas estejam ociosas Nesse modo o consumo de energia m nimo 3 1 aumentando a vida til das baterias embarcadas Na Tabela 3 3 s o listados os dispositivos que s o desligados temporariamente at serem reativados novamente Tabela 3 3 Estados operacionais dos dispositivos eletr nicos do GPRSx Dispositivo Adormecido Processador Operacional Sim Processador de Dados N o Modem GSM GPRS Sim M dulo ZigBee N o Display LCD Sim O GPRSx utiliza se de energia proveniente da rede el trica para recarregar suas baterias quando est o em n veis baixo de funcionamento Seu cabo de for a ligado a uma tomada de 110V de onde seguem para fontes do circuito Antes das distribui es da alimenta o foi colocado na entrada da fonte um circuito protetor constitu do de um fus vel de 1A onde limitam o ac mulo de correntes acima disto devido a curtos circuitos que venham ocorrer in
112. o ent o marcada em uma imagem da rea A imagem pode ser um mapa uma planta baixa do edif cio ou uma foto a rea Com a aplica o Navigational System of Accessible Facilities 23 o aplicativo dinamicamente exibe cones num mapa com poss veis entradas acess veis em um edif cio perto da localiza o do usu rio Trabalhos adicionais podem ser feitos para calcular as estimativas de posi o usando v rios tipos de sinais incluindo GPS Bluetooth celular e identifica o por radio frequ ncia RFID Em 20 prop e se um modelo de um novo aplicativo h brido usando uma zona de Wi Fi Dentro da zona o usu rio de um Smartphone distingue um servi o AP Access Point de outros AP Esta abordagem simples cont m suficientes informa es de presta o de servi os que espec fico de sua localiza o Comunicando se com um servidor local o usu rio pode utilizar v rios conte dos e servi os cupom livros clima not cias sa de redes sociais viagens medicina etc O conte do ou servi os podem ser alterados com base na localiza o do usu rio de modo que o usu rio pode experimentar o conte do ilimitado baseado no local A aplica o h brida pode fornecer mais fun es do que nica aplica o O artigo prop e que melhoria da aplica o h brida usando Wi Fi faz com que o Smartphone seja um dos mais fortes candidatos a reduzir a complexidade de aplica o e WEB m vel no futuro Em 21 observa se a ut
113. o a internet A Figura 4 4 ilustra um diagrama de caso de uso onde mostra as op es disponibilizadas para o monitoramento e controle tanto local e dist ncia disponibilizado pelo sistema dom stico Controle de Ilumina o Controle de Equipamentos Verifica o de Climatiza o Controle do Usu rio Alarme Usu rio i Remoto Loca Configura o do Perfil Informa es GPRSx Figura 4 4 Diagrama de Caso de Uso das Op es da Casa Na op o autom tica o usu rio pode configurar o sistema para acionar os dispositivos de maneira programada pelos sensores encontrados no sistema Na op o programada atrav s da utiliza o de um temporizador o usu rio determina o tempo de dura o de opera o de cada dispositivo Na configura o por sensores o sistema 78 ir atuar de forma autom tica ao detectar a presen a de pessoas ou ao escurecer o ambiente atuando no controle de ilumina o O Protocolo de comunica o segue a mesma arquitetura de protocolo desenvolvido no GPRSx pois buscou se na cria o do protocolo uma forma que fosse adaptativa no qual se pudesse atender a maioria das aplica es onde o GPRSx poderia est inserido Em se tratando de protocolo de comunica o existem dois protocolos que vem da RSSF que correspondem as informa es dos m dulos sensores e atuadores e nos quais s o transmitidas ao servidor da aplica o do sistema de automa o re
114. o dos Dados via GPRS Com o objetivo de estimar o custo da transmiss o dos dados via GPRS foi analisada a quantidade de bytes transmitida na comunica o entre o GPRSx e o servidor durante uma sess o de monitoramento e controle login controle de ilumina es e dispositivos monitoramento de sensores informa es da rede Em cada requisi o a quantidade de bytes transmitida 1 Protocolo Transmitido 55 bytes 2 Protocolo Recebido 189 bytes Tabela 4 4 A Tabela de o pre o R Mbyte cobrado pelas operadoras para o sistema em quest o Operadora Tecnologia P s MB Pr MB 1 GPRS ou EDGE RS 4 00 RS 5 00 2 GPRS ou EDGE RS 6 00 RS 6 00 3 GPRS ou EDGE RS 9 00 RS 9 00 4 GPRS ou EDGE RS 5 99 RS 15 73 5 GPRS R 8 00 R 8 00 102 4 3 Telemedicina 4 3 1 Introdu o A medicina aliada telemetria pode monitorar pessoas em suas pr prias casas n o apenas evitando que se desloquem para o posto m dico como tamb m sendo um apoio medicina preventiva que talvez seja a solu o para os maiores problemas de sa de mundial Card acos poderiam ser monitorados 24 horas por dia e ter os dados m dicos transmitidos para o hospital pela mesma rede de acesso que permite a conex o com a Internet Diab ticos uma das maiores doen as em n mero de pacientes no Brasil poderiam enviar o resultado de seus exames di rios atrav s de um leitor de glicose acoplado a um modem No hospital esses exames seriam armazenad
115. o momento de onde e qual n ou processo se originaram esses dados Para cada identifica o de um n alocado um buffer para posterior armazenamento desses dados Logo ap s esses dados s o colocados na mem ria desse n em ordem de chegada Da mesma forma ocorre para os demais protocolos provenientes de outros n sensores existentes na rede O GPRSx ao entrar em modo ativado e com as etapas de conex o estabelecidas com sucesso estar pronto para se comunicar atrav s do servi o da operadora pois essa comunica o de dados via GPRS ir est sempre conectada e dispon vel para transmitir e receber dados O GPRSx somente transmitir se houver dados em buffer na sa da da porta de comunica o pois como foi colocado no par grafo anterior os dados dos respectivos n s da rede v o chegando e armazenados para depois serem protocolados antes de sua transmiss o definitivamente para o servidor A Figura 3 19 ilustra como o processador de dados ao receber o protocolo direciona cada informa o de dados de sensores ou atuadores em seus respectivos buffer conforme a identifica o do n sensor Para a transmiss o desses dados armazenados em cada buffer do processador por meio da comunica o GPRS define se uma nova regra de protocolo destinado agora para a comunica o com o servidor 66 Processador de Dados UART1 ZIGBEE BUFFER Distribui o de dados dos N s Sensores BUFFER Transmiss o Recep o E
116. o n vel de monitoramento dos inc ndios florestais Os autores afirmam que a bem sucedida conex o entre a rede ZigBee e internet atrav s da rede GPRS faz a complementaridade funcional de v rias redes e implementa o acesso remoto aos dados de monitoramento dos inc ndios florestais Comparado aos sistemas de monitoramento de inc ndios florestais tradicionais o programa bom pela estrutura flex vel rela o custo tempo reduzido e f cil opera o Em 23 os autores mostram uma importante aplica o na rea m dica da converg ncia de redes devido crescente import ncia do desenvolvimento de sistemas de monitoramento remoto de sinais vitais e da qualidade de vida O citado artigo prop e um sistema baseado em redes de sensores sem fio para facilitar a cria o de espa os inteligentes em que todos os pacientes usam um m dulo sensorial corporal ligado em malha por ZigBee Um m dulo coordenador gateway XBee GPRS recolhe alertas e dados vitais ou de contexto e transmite os para um servidor remoto que os armazena estes dados poder o posteriormente ser processados estatisticamente e analisados por v rios especialistas com acesso a uma simples p gina WEB O sistema descrito neste artigo prop e uma solu o gil de f cil configura o e manuten o que permite acompanhar dist ncia e em tempo real os dados vitais de um grande n mero de pacientes podendo desencadear alertas em situa es de emerg ncia Em 24 os autores a
117. o por meio das redes ZigBee Wi Fi e GPRS Em muitos artigos e trabalhos h a cita o para trabalhos futuros de cria o de prot tipos e sistemas que promovam a utiliza o dessas e outras tecnologias em conjunto Essa disserta o de mestrado prop e a utiliza o conjunta de tecnologias de comunica o sem fio 28 Cap tulo 3 Solu o Embarcada para Integra o de Redes Heterog neas 3 1 Introdu o Neste cap tulo ser o apresentados os detalhes da arquitetura do sistema desenvolvido Descrevendo os componentes de hardware e software utilizados na implementa o do sistema embarcado chamado de GPRSx Inclui se tamb m a justificativas das escolhas dos demais dispositivos al m da implementa o do conjunto de protocolos elaborados usados para integrar os diferentes padr es de redes sem fio tais como IEEE802 15 4 ZigBee TEEE802 11 Wi Fi e IEEE802 20 GSM GPRS 3 2 Elementos do Sistema A arquitetura do sistema de comunica o sem fio heterog nea proposta neste trabalho apresenta v rios elementos sendo o principal uma solu o embarcada port til denominada GPRSx Este dispositivo o integrador dos diferentes padr es de tecnologias de comunica o sem fio abordado nesta disserta o A Figura 3 1 mostra de forma sist mica a arquitetura desenvolvida destacando a opera o integrada de v rios dispositivos m veis is p S P f a wi Se ZigBee N Sensor 02 l N Sensor
118. o software X CTU da MaxStream para configurar todos os par metros do m dulo atualizar o firmware entre outras funcionalidades Para a utiliza o dos m dulos foram configurados os seguintes itens no programa X CTU A tecnologia ZigBee permite que outras redes funcionem em um mesmo ambiente sem interferir uma com a outra bastando para isso configurar o ID PAN com identifica o diferente Sua taxa de transmiss o para interface serial est definida em 9600 bauds para todos os m dulos XBee Pro assim como todas as outras tecnologias de comunica o do sistema Como toda rede ZigBee tem de ter um n coodernador para funcionar e como GPRSx o centro da rede respons vel pela interliga o dos v rios sistemas este GPRSx foi definido como o coordenador atrav s da seguintes configura es nos par metros do firmware e AP API Enable Modo de funcionamento do XBee Pro Pode funcionar por exemplo como um n coordenador que se comunica com todos os outros m dulos ZigBees ou tamb m como um n que se comunica apenas com seu coordenador Na rea de redes e seguran a os mais importantes s o e ID PAN 3332 Identifica o da Rede MY Source Address Endere o fonte do m dulo ZigBee 16 bits DL Destination Address Low Primeiros 32 bits de 64 bits do endere o destino do m dulo ZigBee DH Destination Address High Os 32 bits mais significativos de 64 bits do endere o do m dulo ZigBee NY
119. ocal Ventilador Desligado Casal Fechaduras Ar Condicionado Desligado Chuveiro El trico Desligado Porat edaneing Casa2 Exaustor ou Sugar Desligado Identifica o de Aberturas e Fechamentos C Casa3 Torradeira El trica Desligado Cafeteira El trica Desligado Porta da Sala Fechada Perit Bomba d agua Desligado Port o da Garagem oO Fechada Janela da Cozinha Fechada Nomear a Dispositivos W Lumin ria k Presen a larme f Movimentac o Indicador Dispositivo Status Nivel de Pot ncia Identifica o de intru es no Ambiente Salvar bal Arquivo Baixo Relat rio po Protocolo Dados T ransmitidos Comunica o Luz da Sala Desligado f 1 g Sala de Entrada Ausen a Luz do Corredor Desligado 1 Garagem Ausen a H Luz da Cozinha Desligado 1 1 Luz do Banheiro Desligado njw m m w f e fo fw o fo Luz do Quarto Desligado 1 Temporizadores Agendamento Programa o da Casa Luz do Quarto 2 Desligado 1 1 Luz do P tio Desligado Hora 12 04 49 Status Data 1 12 2009 Desconectado EEE Programar Relat rio Tx Ax Limpar Luz do Quintal Desligado 1 Luz da Garagem Desligado 1 Luz daVaranda Desligado 1 Figura 4 25 Software desenvolvido para automa o residencial gt O terceiro teste do sistema foi realizado pressionando o pr prio interruptor das tomadas localizado na parte frontal do m dulo executado de maneira mec nica e manual sem o
120. odos os n s Possui um algoritmo de detec o e avalia o da comunica o do tipo self stable O GPRSx tem como finalidade principal integrar o restante da rede internet pelo servi o GPRS da operadora celular As informa es de mudan as s o percebidas por meio de sensores na qual se concentra em um nico m dulo respons vel em transmiti los pela rede ZigBee at chegarem em um servidor remoto encarregado em process los armazen los em banco de dados e permitir acessos dist ncia por quaisquer dispositivos com acesso a internet O controle das ilumina es e de equipamentos dom sticos realizado pelos atuadores do sistema constitu do por um m dulo por onde recebe e transmitem informa es de mudan as de estado de atua o de forma que tanto local como dist ncia ir atender e atualizar o sistema de sua posi o atual Atrav s da Figura 4 1 poss vel visualizar a arquitetura de comunica o sem fio estruturado para o funcionamento dentro de um cen rio residencial Com diferentes padr es de tecnologia existente em ambiente dom stico poss vel integrar tais comunica es de forma que o usu rio tenha acesso a todos as informa es de seu lar tanto local ou dist ncia por meio de um nico sistema port til Para o fluxo de dados entre os m dulos da RSSF optou se em configurar a rede para atuar em uma topologia em malha pois tem uma maior redund ncia e confiabilidade de que essas informa es chegar
121. oeseseeocsesorossesosoesesocoeserosoesososoesorossesorossesoroesesoeoe 5 LISTA DE TLUSTRA ES jonas voar pd AT a 6 RESUMO iass ssa A cio daiinda ca lacidi cedia dire ni oidaseseucodsassessssbsiscecoushessacesuechsoetsescocesbeadcveadadtacecteosees 12 ABSTRACT sic sscsestcscettecleccoustedsaiestiaseccccsstecsusssstotencecetossaaseuesusecetisctondnsansdesdieisdootbecesucetbecksaaeeassdceusscassenesbaasentoteutes 13 TN PRODUC AO quieta aaa OE EE E AANA A 14 Vedi MOTIVA O escsscecsccosiiccssecssncsecsceuseconsancssasduaessesedncsassendcedecesseudeuonseadecesovecossacunsesabucssusssisedecsdacseessucsesacebnesusccasesas 15 EZ OD GOV Oven cctceccctuctectectistacdeateseeccedossescesltececdistsckeosuscoccessatadteccscdseosedsecssistanesatcesuctosdecdeavealsc eadsccecsoasessdiadsussaseen 15 1 3 Organiza o do Trabalho e sesessoeseesoesessessosossoesossoesessossesoesoesossossossoesossessesossoesossossessossesoessesossossossossse 16 CAPITULO 2 caseiras aa Gg Gas 17 CONSIDERA ES SOBRE AS REDES DE COMUNICA ES SEM FIO E SERVI OS c 17 2 1 Introdu o sssisscssisicoccensssoncscasnadensacseseaneacsccnsevadonccedsacvasesesutscescsucdeaseausdcessabeonsssoadensaconcsasdeadessesusdeaseuasetensecesuass 17 2 1 1 Tecnologias Sem Piinia tas cbse stants sad daves de anota bai fad cd e cade cooa da SR Sade aai a Ee SE da ada pia bsb as dades sss 17 2 2 Trabalhos relacionados scccssssssssssssssssssesscssrsesscssrsesscssssesscssssesscsses
122. om seus quadros pronto para ser enviado ao servidor remoto por meio do servi o de comunica o de dados GPRS da telefonia m vel 68 Comando Prefixo Bits de Dados de Controle ou Valida o Inicial Monitoramento Separados por Identifica o l GPRSx ATCMD amp 1 1 dados1 dados2 dados3 lt CR gt lt LF gt Separador de Separador de Bit de Valida o Comando Comando Final de Protocolo Identifica o N Sensor da Rede Figura 3 21 Exemplo de um protocolo a ser transmitidos para o servidor O protocolo cont m os dados e informa es de controle necess rias para a comunica o entre GPRSx e o servidor Entretanto s o divididos em quadros com seus respectivos par metros Primeiro encontram se os bytes de valida o que servem para serem comparados se de fato o que chegou ao servidor s o protocolos v lidos Isto devido possibilidade de ocorrer erro no in cio do protocolo fazendo com que o sistema descarte e aguarde por um novo protocolo No segundo quadro ap s o separador de quadro constitu do por um byte vem a identifica o do equipamento GPRSx necess rio para reconhecimento por parte do servidor visto que para cada conex o do GPRSx a operadora celular abre um canal de acesso Internet gerando endere os IPs diferentes na rede Entretanto criou se um quadro em que associado a identifica o do equipamento ao endere o IP da rede No terceiro quadro a seguir indica s
123. os corredores do pr dio foi poss vel distanci los at um ponto onde ocorreu a perda do sinal e conseqiientemente a perda total dos dados transmitidos A Figura 4 11 mostra as fotos tiradas nos testes do corredor Figura 4 11 Testes de Alcance do Sinal O gr fico da Figura 4 12 apresenta o resultado do experimento realizado em rela o pot ncia do sinal e alcance entre os n s da rede 86 Pot ncia amp Alcance 60 wv 2 g 40 E 20 O E 20 a 40 60 80 100 120 T 1 2 3 4 5 5 Pot ncia 41 65 76 88 93 98 Dist ncia 1 8 16 32 40 41 Figura 4 12 Pot ncia do sinal em rela o a distancia Os dados foram coletados em seis pontos ao longo da transmiss o no primeiro ponto a uma dist ncia de 1 metro o sinal se manteve em m dia 41dBm e no sexto ponto a uma dist ncia de 41 metros o sinal era de 98dBm e acima disto ocorria a perda total dos dados em conseqii ncia da baixa pot ncia nos m dulos A Tabela 4 1 mostra como ficou a rela o desses pontos Tabela 4 1 Dist ncia x Sinal Dist ncia metros Pot ncia M dia do Sinal dBm im 41 dBm 8m 65 dBm 16m 76 dBm 32m 88 dBm 40 m 93 dBm 41m 98 dBm 42 m Sem sinal A pot ncia m dia foi calculada tendo como base o valor obtido pela utiliza o de fun es disponibilizadas pelo software X CTU que indicam o valor da pot ncia do sinal transmitido ou recebido
124. os em um banco de dados e caso apresentasse alguma disfun o o software gerenciador avisaria o m dico 28 Dentro deste contexto para nova an lise de desempenho do GPRSx foi constru do um cen rio para aquisi o de sinais eletromiogr fos e a sua disponibiliza o pela Internet A Figura 4 32 apresenta uma vis o do cen rio elaborado G Internet Sinais EMG sor tort Celular PRS TCPAP ZigBee GPRSx Servidor Figura 4 32 Diagrama de funcionamento do sistema O sistema apresentado na Figura 4 32 opera com base no software e hardware desenvolvido Com rela o ao software Este foi desenvolvido utilizando a linguagem de programa o C Builder Os requisitos m nimos para o funcionamento do software s o os 103 mesmos recomendados para o funcionamento da aplica o residencial ou seja utiliza as mesmas configura es do computador com 1GB de mem ria RAM e um processador com freqii ncia acima de 1 8GHz Na Figura 4 33 apresentada a tela principal do software onde se visualiza o cadastro do paciente a serem monitoradas essas informa es pessoais s o armazenados no banco de dados do servidor na qual utiliza MySQL para gerenciar essas informa es Centro de Processamento Gerenciamento M dico Configura o de Controle 1 Registro de Pacientes j F Informa es Pessoais Sensoriamento em Tempo Real Localiza o por Sat lite Hist ricos Pacientes Cadastro no Si
125. pode se otimizar o projeto reduzindo tamanho recursos computacionais e custo do produto 31 Para o gerenciamento operacional da unidade central de processamento foi desenvolvido um software embarcado capaz de realizar as tarefas do sistema que foi gravado em mem ria flash dos microcontroladores Entretanto o sistema operacional em tempo real denominado de EOSx atua no gerenciamento do sistema do GPRSx como um todo e trabalha na divis o de opera es entre microcontroladores Cada processador trabalha simultaneamente e troca informa es de instru es quando est o no modo de opera o ativado O EOSx efetua os procedimentos de comunica o com o modem GSM GPRS utilizando o processador operacional ao mesmo tempo o processador de dados espera por uma resposta de instru o de libera o para atuar na transmiss o e recep o de dados da RSSF para o servidor responsabilidade do processador operacional todo o procedimento de abertura do canal de comunica o ao servidor pois o mesmo trata problemas e falha na conex o alerta ao usu rios sobre erros detectados no sistema durante a realiza o das tarefas assim deixando de forma apropriado para a transmiss o e recep o dos protocolos na rede O EOSx utiliza mecanismos para comunica o e sincroniza o entre os processos e prov meio para evitar esta esp cie de erro Essa sincroniza o entre os processadores se processa pela distribui o de tarefas espec ficas no
126. presentam uma abordagem similar ao trabalho 25 sugerindo uma gateway ZigBee GPRS Este trabalho faz a ponte entre as comunica es de curto alcance ZigBee e as comunica es de longa dist ncia GPRS permitindo atrav s da Internet visualizar os dados da rede de sensores Zhao e Cui 42 mostram em seu artigo a utiliza o de sensores ZigBee em conjunto com GPRS com intuito de realizar medidas de sinais vitais de pacientes e enviar esses sinais a um centro m dico onde os dados seriam analisados A concentra o de oxig nio no sangue foi medida atrav s de um n desenvolvido e o resultado foi transmitido sem fio at uma esta o base onde a curva em fun o do tempo foi plotada em uma tela LCD O padr o mostrou se eficiente para esse tipo de aplica o No contexto de automa o residencial em 26 abordado o desenvolvimento de uma solu o sem fio para automa o residencial de baixo custo modular que viabilize o acesso e controle de vari veis e funcionalidades residenciais por meio da utiliza o de celulares e modems com suporte tecnologia GPRS programa o Java e dispositivos transceptores ZigBee Os autores enfatizam que devem ser criadas novas alternativas para prover os 26 benef cios da automa o residencial de forma mais simples com menor custo e com foco nas tecnologias sem fio Nesse contexto os autores citam que a tecnologia dos m dulos M2M e dispositivos ZigBee formam em conjunto uma alternativa
127. processamento desses dados para que se adeque e empacote em seu protocolo antes de serem transmitidos 64 Outro protocolo existente o controle remoto ao equipamento GPRSx onde cada n sensor poder enviar comandos de controle remoto Tabela 3 9 Assim n o h a necessidade de se estar pr ximo para a opera o do equipamento pois com as defini es desses protocolos tanto de dados quanto de controle o processador de dados do sistema consegue identificar as informa es process las e execut las de forma transparente ao usu rio 3 4 2 Protocolo RSSF Cada n sensor da RSSF possui uma identifica o seja por meio de seu endere o Pois h a necessidade de se conhecer saber de onde se originam os dados pois como pode existir uma RSSF com v rios n s sensores necess rio identific los na rede Um exemplo quando se transmite uma informa o de dados de temperatura de um ambiente atrav s de um sensor x ao coordenador central da rede GPRSx At ent o sem problema nenhum pois existe apenas um n sensor respons vel em coletar as informa es de certo locais mas se houver no mesmo ambiente dois ou mais n s sensores coletando dados de diferentes locais e transmitindo ao n coordenador da rede como poderiam ser identificados visto que todos s o dados de sensores de temperatura com informa es e locais diferentes do ambiente Para solucionar esse problema na identifica o do n sensor buscou se um
128. rer provenientes de outros perif ricos agregados ao circuito al m de ter a capacidade de incluir novos dispositivos no mesmo barramento de comunica o 3 2 6 Display LCD O display de LCD largamente utilizado em diversos aparelhos eletro eletr nico com a finalidade de mostrar resultados preliminares ou informa es que auxiliem no manejo do aparelho Os m dulos LCD s o interfaces de sa da muito til em sistemas embarcados Estes m dulos podem ser do tipo gr fico e a caractere Para a visualiza o das a es do estado do sistema GPRSx utilizou se de um m dulo LCD 20x4 para ajudar a acompanhar os procedimentos decorrente do sistema em opera o Para coloc lo em funcionamento primeiro configura se ou seja dize se ao display como ser o transferidos os dados para ele 8 ou 4 bits quantas linhas ir utilizar se a mensagem deve ficar fixa ou rolar se a escrita ser da esquerda para direita ou da direita para esquerda ou seja todas essas configura es s o necess rias antes de escrever qualquer mensagem Entretanto alguns displays podem ser encontrados com led backlight com uma ilumina o de fundo para facilitar as leituras durante a noite Neste caso a alimenta o deste 35 led faz se normalmente pelos pinos 15 e 16 para os m dulos comuns e 19 e 20 para os m dulos gr ficos sendo os pinos 15 e 19 para liga o ao anodo e os pinos 16 e 20 para o catodo A corrente de alimenta o deste led varia de 1
129. resso ap s a realiza o de testes no mesmo Para os c lculos e implementa es dos filtros foram utilizando um software de simula o Os dispositivos de hardware foram projetados utilizando o software Kicad Build de licen a livre de onde foi poss vel a constru o do esquem tico e a confec o da placa de circuito impresso A comprova o de funcionamento do sistema foi realizada por testes utilizando o gerador de fun es e um equipamento de bancada EMG da ScienTECH como mostra a Figura 3 36 Figura 4 36 Equipamento de bancada ScienTECH Para fins de teste no circuito amplificador foi usado um sinal senoidal com freq ncia de 200Hz e amplitude de 520mV na entrada do amplificador operacional AD625 e na sa da ligado ao oscilosc pio para verificar o funcionamento e o n vel de amplifica o Posteriormente foi realizado um segundo teste com um sinal simulado do equipamento EMG A Figura 4 37 apresenta uma das etapas dos testes do est gio de amplifica o usando um sinal EMG do equipamento simulador 109 Tek Jt Stop M Pos 0 0005 MEDIDAS CHI Frequ ncia 487 8H2 CH1 Pico a Pico i T2mY CH1 r d i di Per odo 2 050ms CH1 M dio 3 87 CH1 Nenhum 14 CH1 500my M 25 0ms CH1 0 00y 20 Out 10 23 03 lt 10Hz MEDIDAS CH1 Frequ ncia 291 7H2 CH1 Pico a Pico 40 8my CH1 Per odo i 3 428ms CH1 M dio 432uV CH1 Nenhum M 10 0ms CH1 Z 40 0mV 20 Out 10 22 48 lt 10Hz
130. rna 3 Integrada no chip Neste caso a energia radiada n o direcional U FL RF Connector Chip Antenna Whip Antenna Figura 3 6 As tr s vers es de antenas O m dulo XBee Pro por padr o v m ajustado de f brica para funcionar em broadcast por isso n o precisa de grandes configura es para se estabelecer a comnica o entre dois m dulos Contudo para a defini o de endere os h de se configurar os m dulos por 41 comandos AT ou API para isso deve se interfacear com um pequeno circuito conversor para ligar a porta serial ou USB e utilizar um software X CTU disponibilizado pela MaxStream no qual h um terminal de comunica o com uma aba de leitura de sinal e uma aba de configura o do m dulo Dentro da qual pode se atualizar o firmware do m dulo e tamb m configurar o m dulo atrav s de uma interface visual sem a utiliza o de comandos AT Esses m dulos j v m configurados para serem usado sem grandes dificuldades o m nimo que precisa fazer estabelecer um link de comunica o e aliment los com uma tens o de 3 3 Volts As principais caracter sticas e diferen as entre os m dulos XBee XBee Pro est o listados na Tabela 3 4 e 3 5 Tabela 3 4 Desempenho Especifica es de Desempenho XBee XBee Pro Alcance Indoor Urbano At 30m At 100m Alcance Outdoor em linha vis vel At 100m At 1500m Pot ncia m xima de transmiss o 1mW 0 dBm 60mW 18 dBm Taxa de dados interface
131. s 2048 bytes s Entregues 100 100 92 86 31 15 4 Perdidos o o 8 14 64 85 96 Figura 4 18 Ponto de 40 metros No gr fico da Figura 4 18 a uma dist ncia de 40 metros conclui se que atenua o dos dados est acentuada na taxa de 512bytes s 90 Alcance de 41 metros 120 a o E E a fi 2 8 P 3 o 2 32 bytes s 64 bytes s 128 bytes s 256 bytes s 512 bytes s 1024 bytes s 2048 bytes s Entregues 100 100 98 77 41 21 2 Perdidos o 0 2 23 59 79 98 Figura 4 19 Ponto de 41 metros No gr fico da Figura 4 19 pode se observar que para taxa de dados de 32bytes s e 64bytes s ocorre a total transmiss o dos 100 pacotes sem a ocorr ncia de perda de informa o na rede Na taxa de 128bytes s ocorre uma perda de 2 na entrega dos pacotes visto que ainda se mant m uma tima taxa de dados para essa dist ncia de 41 metros No quarto ponto do gr fico a uma taxa de 256bytes s se tem uma perda mais significativa desses dados por m ainda h mais da metade em torno de 77 dos pacotes entregues e 23 perdidos A partir da taxa de transmiss o de 512bytes s at a taxa de 2048bytes s houve mais perda de dados do que entregas com sucesso Relacionando os resultados obtidos aos resultados da RSSF Gr fico da Figura 4 1 conclui se a rela o direta da vaz o com o nivel de sinal da RSSI sendo que ap s os 41m o desempenho no alcance do
132. serial 115 2 Kbps 115 2 Kbps Taxa de dados de RF 250 Kbps 250 Kbps Sensibilidade do Receptor 92 dBm 100 dBm Tabela 3 5 Requisito el trico Especifica es El tricas XBee XBee Pro Tens o de Alimenta o 2 8 3 4 V 2 8 3 4 V Corrente de Transmiss o 45mA 3 3 V 139 227 mA 3 V Corrente de Recep o 50mA 3 3 V 55mA 3 3 V Corrente em modo Sleep lt 10 uA lt 10 uA Optou se em trabalhar com os m dulos XBee Pro ao inv s dos M dulos XBee apesar de possuir um custo mais elevado esses m dulos propagam o sinal com maior alcance na transmiss o de dados adequada para a utiliza o no sistema visto que a proposta dessa disserta o a constru o de um dispositivo m vel e esses m dulos t m melhor sinal para ambientes abertos e fechados Em se tratando de topologia a tecnologia da rede ZigBee possibilita tr s tipos diferentes e Estrela e Arvore 42 e Malha Entretanto a topologia empregada na RSSF para o funcionamento da comunica o com sistema GPRSx foi a topologia em malha Esta topologia permite que com a entrada de novos dispositivos a rede se ajuste automaticamente durante sua inicializa o otimizando o tr fego de dados Com essa topologia poss vel construir redes mais extensas e de maior complexidade possibilitando o controle e monitoramento de grandes reas Essa topologia pode ser alterada atrav s de configura o no firmware do M dulo XBee Pro Para isso utiliza se
133. sidencial Essa transmiss o realizada pelo GPRSx que ao receber os protocolos realiza um pr processamento efetuando a jun o em um nico protocolo correspondente ao servidor na qual cont m as informa es dos dois m dulos como mostra a Figura 4 5 ES Dados de Sensores EX Dados de Atuadores ID1 ID2 Dados de Sensores Dados de Atuadores Figura 4 5 Empacotamento dos protocolos pelo GPRSx Ap s os dados da RSSF estarem empacotados pelo GPRSx chegou a hora de serem transmitidos ao servidor Para isso utiliza se a comunica o sem fio do servi o de dados GPRS da operadora celular Um exemplo desse protocolo est na Figura 4 6 onde ilustra as informa es reais que s o processadas e transmitidas nas quais inclui todas as informa es de identifica o da rede do equipamento GPRSx e dados de sensores e atuadores do ambiente dom stico 19 Luminosidade fi Controle de 8 L mpadas Abajur Independentes ei Temperatura e Umidade l ATCMD amp 1 1 T32 2 U50 4 L0450 F1 P1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 lt CR gt lt LF gt LI Ls E Sensor Ventilador de Presen a identifica o de Abertura de Portas Figura 4 6 Protocolo transmitido para o servidor remoto Esse protocolo constitu do conforme a descri o a seguir e ATCMD amp 1 1 gt Esse campo j foi descrito no cap tulo anterior na se o protocolos e T32 2 gt Informa o de
134. sistema Desta maneira o processador de dados apenas se preocupa com o tratamento das informa es valida o dos protocolos e 50 empacotamentos dos dados para o servidor enquanto o processador operacional preza pela integridade do sistema mantendo sempre em opera o e atuando diretamente com demais dispositivos de hardware do GPRSx As tarefas do sistema seguem um n mero de segii ncias pr definidas para a valida o de etapas do EOSx e s o de grande import ncia para o completo funcionamento Algumas destas tarefas s o divididas entre processadores que se encarregam e atende de forma dedicada e ou independente para alcan ar seus objetivos esperados Esses processos s o executados simultaneamente em cada um dos dois microcontroladores existente no GPRSx havendo por parte de cada um notificar um evento solicitado ou a es inesperados do sistema No diagrama da Figura 3 8 s o apresentadas algumas das principais tarefas do EOSx em que o sistema GPRSx executam de forma eficiente Inicializa o Interrup o Sincroniza o Figura 3 9 Conjuntos de tarefas do OSEx A seguir s o descritos a fun o de cada um das tarefas do ESOx apresentados na Figura 3 9 1 Inicializa o e Primeira tarefa do OSEx ao ser ligado o processador operacional do sistema GPRSx Realiza as apresenta es e informa es do equipamento em display de LCD para consumir tempo necess rio enquanto aguarda o modem GSM GPRS
135. stema Dados Pessoais x japasato Engenheiro Nome Completo Ciclano Fulano de Beltrano da Silva tavani Bacharel em Direito benesato Sexo Masculino Feminino Nascimento 16 11 81 Celular 88342977 sulaserpa Email fulano ufpa br Telefone 32493546 3 gt Alerta SMS RG 3644030 CPF 71072765291 Celular es Login liapasato _AltererSertia Acionar Blemoves Endere o Informa es adicionais Ultimas atualiza es X j Informa es Adicionais Registra ou Nome Verificar Endere o Travessa Nove de Janeiro Online Consultar por Registro C Offline pae C por Nome Numero 2332 Cep 66063260 Status na Rede Bairro Crema o japasato Cidade Bel m ravani E benesato Fa sulaserpa 7 E Campos com aster sticos Cadastrar r Alterar Excluir obrigat rio preencher Fechar Figura 4 33 Software do Sistema EMG Em se tratando do hardware para a aquisi o de sinais EMG a Figura 4 34 apresenta o diagrama de blocos do sistema de aquisi o 104 Filtro P m ES J ZigBee Conversor Circuito Figura 4 34 Componentes do sistema EMG O sistema projetado foi dividido com os seguintes m dulos de hardware e Eletrodos sua fun o fazer a aquisi o do sinal el trico proveniente dos est mulos musculares transformarem a corrente i nica em corrente el trica para que esse sinal seja amplificado e analisado e Filtros sua fu
136. ta transmiss o de dados para redes de dados sem fio e telefonia m vel Essa tecnologia mant m caracter sticas da segunda gera o GSM para telefonia m vel e GPRS General Packet Radio Service para redes de dados sem fio onde as capacidades de roaming s o mantidas e outras foram adicionadas As novas capacidades incluem envio e recebimento de fotos gr ficos e v deos al m de servi os de voz e dados O Wi Fi 19 8 Wi Fi Wireless Fidelity nome comercial dos padr es IEEE 802 11 a b g n Estes padr es possuem algumas caracter sticas em comum O 802 11n padr o mais recente tem velocidade de transmiss o de 65 a 600 Mb s nas faixas de frequ ncia de 2 4 e ou 5 GHz J os 802 11b g que transmitem at 11 e 54 Mb s respectivamente operam a 2 4 GHz com largura de banda gratuita e possuem equipamentos de baixo custo al m de serem os mais populares entre as WLANS Historicamente foi com o surgimento dos notebooks que se iniciou a era da mobilidade no ambiente de trabalho e despertando a vontade de se conectar internet em qualquer local sem aux lio de cabos Esse foi o ponta p inicial para come ar os estudos das redes sem fio A dificuldade foi encontrar compatibilidade entre as marcas pois um computador equipado com uma marca X poderia n o funcionar em um escrit rio equipado com equipamentos Y O IEEE foi o respons vel por elaborar um padr o para redes sem fio assim chamado de 802 11 sendo mais conhecido por Wi F
137. tarefas do OSEX sima uisan sas aa tigacaasds Ia igR MARS ANT SRTA 51 10 Diagrama de caso de uso do sistema de alarme 54 11 Diagrama de caso de uso de chamadas remotas 57 12 Fluxograma do Processador de dados para Ativa o do Sistema 58 13 Estrutura de funcionamento do Processador de dados 59 14 Procedimentos de instru es entre microntroladores 61 15 Fluxograma de Tarefas do Processador Operacional 62 t6 Eluxograma das TATE ASS osamsoygagarnsyiagoniqras persig anda casi Sana agi PMES sp 63 17 Diagrama de conex o de perif ricos do GPRSXx 64 18 Arquitetura de protocolo de comunica o dentro da RSSF 65 19 Armazenamento de dados em buffer no processador de dados 67 20 Protocolo de comunica o entre o GPRSx e o Servidor 67 21 Exemplo de um protocolo a ser transmitidos para o servidor 69 22 Exemplo de um protocolo de dados na RSSF 70 23 Exemplo de um protocolo de controle ao GPRSx 71 Cen rio de teste na dom tica esesseeeeeseeseeseesseseeseesstseresresseseresressessesees 74 2 M dulo NO SENSOR assi ash aces bess he tass eae ture Tas a enora ee eaaa ais 76 3s M dulo No Atuador es coin acied Sri eee 77 4 Diagrama de Caso de Uso das Op es da Casa
138. ternamente ou externamente A autonomia de funcionamento do GPRSx quando est com as baterias de 2 4 horas no modo ativado A expectativa de vida da bateria dada por Volts x Amperhora TBateria am 3 2 Pot ncia Logo No modo de opera o Ativado 12V 44 3 3 TBateria sow 2 4horas 3 3 40 No modo de opera o Adormecido 12V 4A TBateria 37 6 horas 3 4 De acordo com a carga da bateria poss vel estimar o tempo de funcionamento do sistema 3 2 11 ZigBee O padr o ZigBee IEEE802 15 4 foi desenvolvido pela ZigBee Alliance junto ao IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers atrav s da associa o de v rias empresas com objetivo de desenvolver um padr o de baixo consumo energia baixo custo robusto seguro confi vel e de padr o aberto Opera na faixa de frequ ncia ISM Industrial Scientific andMedical de 2 4GHz exce o dos EUA e Europa sem a necessidade de licen a de uso Os modos usados neste trabalho s o da MaxStream que desenvolveu uma linha de m dulos ZigBee chamada XBee O XBee s o m dulo pequenos mas completo transmissor receptor H dispon vel no mercado em duas vers es criada pela MaxStream o XBee e o XBee Pro S o vers es semelhantes e extremamente compat veis entre si H tr s vers es com op es de antena para o XBee 1 Com antena vertical integrada chicote Basicamente permite direcionar o feixe 2 Com um conector para antena exte
139. tilador todos simulando um ambiente dom stico como mostram as Figuras 4 20 e 4 21 Figura 4 21 Controle de ilumina o do abajur O m dulo de f cil instala o devido possuir em sua lateral as tomadas de liga o dos dispositivos na qual facilitou a montagem do cen rio para os testes 93 A primeira tomada controla as seis l mpadas dicr icas de decora o a segunda tomada o abajur e o terceiro o ventilador do ambiente O acionamento desses dispositivos foi utilizando as seguintes interfaces gt Utilizando um celular da Nokia N95 conectado ao sistema e por meio das interfaces de controle do sistema foram acionadas as ilumina es dicr icas testando seus n veis de intensidade luminosa que variam de O a 100 acesas observou se que tanto a comunica o quanto ao circuito de hardware desenvolvido funcionou de forma adequada e eficiente sem nenhum problema na opera o dos mesmos A Figura 4 22 4 23 e 4 24 visualiza os testes realizados com o uso do celular para controlar todos os dispositivos da casa Figura 4 22 Controle do dispositivo de ventila o A Figura 4 22 mostra os testes no acionamento do ventilador da casa experimento realizado com efici ncia pelo sistema tanto no acionamento pelo interruptor do m dulo n atuador como pelas demais interfaces do sistema a b Figura 4 23 Controle manual no interruptor e ou controle pelo celular 94 A Figura 4 23 a apresenta os test
140. ue candidatam ela para servir a outros trabalhos relacionados aos servi os baseados na localiza o e voltados para o contexto dos dispositivos m veis 2 4 Conclus o Nos ltimos 20 anos muito se tem feito no desenvolvimento de tecnologias de comunica o sem fio No que tange essas novas tecnologias nota se que est o se tornando a principal forma de conex o entre pessoas esperado que em breve um ter o da popula o mundial usar dispositivos de acesso sem fio para se comunicar 1 Em v rios pa ses desenvolvidos a comunica o de voz sem fio vem substituindo a infraestrutura cabeada O n mero crescente de tecnologias de acesso sem fio assim como o progressivo lan amento de dispositivos m veis s o os respons veis por essa tend ncia em v rias regi es do globo Durante essa ltima d cada v rios trabalhos artigos pesquisas e prot tipos foram criados para se fazer uso de tecnologias de comunica o sem fio por meio das redes ZigBee 27 Wi Fi e GPRS Observou se no presente cap tulo que muitas aplica es foram desenvolvidas visando prover servi os confi veis e de qualidade em v rios setores da sociedade Com integra o dessas tecnologias deu se o in cio da pesquisa de solu es e propostas que viabilizem o uso de duas ou mais redes de comunica o e transmiss o de dados Observou se que muitos dos trabalhos realizados nessa rea utilizaram no m ximo de duas de tecnologias de comunica o sem fi
141. ue os requisitos que ainda n o foram atendidos sejam implementados Entre novas funcionalidades de implementa o e uso sugere se 1 Como segii ncia na evolu o do sistema pretende se aplicar o conhecimento desenvolvido utilizando m dulos mais modernos da tecnologia 3G e 4G com uma maior taxa de transmiss o de dados pretendendo atender outros servi os que necessitam de uma maior largura de banda para transmiss o dos dados na rede modem 36 116 2 Incorporar mais tecnologias de comunica o sem fio de forma que o sistema possa atender um n mero maior de servi os 3 Otimizar o protocolo de comunica o entre o GPRSx e a central de controle a fim de diminuir o n mero de bytes trafegados e assim minimizar os custos da solu o pois os servi os de comunica o via GPRS normalmente s o cobrados por n mero de bytes transmitidos 4 Adicionar um controle de seguran a nos servi os de dados GPRS disponibilizados pelas operadoras 117 Refer ncias Bibliogr ficas 1 FITZEK F H P Katz M D Cooperation in Wireless Networks Principles and Applications Real Egoistic Behavior is to Cooperate Ist ed 2006 2nd printing 2007 LII 641 p Hardcover ISBN 1 4020 4710 X 2 SANTOS Ricardo D L Redes GSM GPRS EDGE e UMTS UFRJ lt http www gta ufr br ensino eel879 trabalhos vf 2008 2 ricardo 3 html gt Acessado em 20 Dez 2010 3 A T Nassif Redes da Pr xima Gera o Aspectos T cnicos
142. um ponto de acesso a redes mundiais de computadores 3 2 12 Redes GSM GPRS O Sistema GSM de Global System for Mobile Communications ou Sistema Global para Comunica es M veis foi desenvolvido para garantir boa qualidade de voz baixo custo compatibilidade com a rede ISDN e roaming por toda a Europa No entanto GSM cresceu muito e hoje usado por mais de 200 pa ses em todo o mundo O GSM possibilita diversos servi os como troca de dados e um padr o aberto bastante disseminado uma tecnologia m vel de transmiss o sem fio de forma digital por isso chamado de tecnologia 2G segunda gera o que utiliza conjuntos de frequ ncias para realizar a transmiss o de dados entre c lulas pontos da rede O problema que a segunda gera o de celulares preparou se para oferecer telefonia digital mas n o para acessar a 45 internet A internet transporta dados por pacotes atrav s do protocolo IP e para que a rede m vel seja adaptada internet preciso que os dados sejam organizados tamb m em pacotes 29 Foi criada ent o a tecnologia GPRS Servi o Geral de Pacotes por R dio que uma tecnologia com maiores taxas de transfer ncia de dados quando comparada com redes GSM A tecnologia permite o transporte de dados por comuta o por pacotes onde a informa o dividida em grupos relacionados entre si antes de ser transmitida e remontada no destino A ess ncia da rede GPRS estar sempre conectada onde
143. ution for integrating wireless communications standards such heterogeneous IEEE 802 15 4 ZigBee IEEE 802 20 GSM GPRS and Wi Fi IEEE 802 2 This heterogeneity of wireless technologies enables a user moving through your local or remote terminal access applications and services in the transparent way Performance evaluation of the solution was performed using two types of services home automation and telemedicine The results indicated that the proposed solution can integrate and provide services with safety and reliability Keywords Wireless Networks Integration Embeded System 13 Introdu o Atualmente vivemos em uma sociedade na qual o foco principal a informa o sendo que a mesma est dispon vel em diversos meios de acessos sob forma de udio v deo imagens e dados Cada vez mais os usu rios desejam adquirir fornecer compartilhar e interagir com informa es e servi os de qualquer lugar a qualquer momento e utilizando qualquer dispositivo Para tanto s o necess rios alguns par metros para que este acesso seja vi vel considerando a mobilidade a qualidade de servi o e a interatividade As redes sem fio atuais est o convergindo para uma comunica o integrada denominada redes 4G V rios grupos como o 3GPP e o 3GPP2 est o desenvolvendo modelos para integrar suas fam lias de tecnologias de redes sem fio Os sistemas de comunica o sem fio futuros est o sendo projetados com ferramentas de an lise baseadas e
144. zado de dois modos Por meio do bot o 03 gerado um evento avisando que o bot o foi ou est sendo pressionado fazendo com que o 37 sistema cancele o alarme ou de outro modo em que o usu rio ao receber uma chamada telef nica do GPRSx cancela o alarme entrando no modo inoperante 3 2 8 Notifica o Sonora O GPRSx conta com v rios recursos de hardware um deles um buffer acoplado ao circuito com fun o de notificar sobre o certos comportamentos e falhas no equipamento A notifica o sonora do sistema um componente de tamanho de uma moeda de um real composta de duas camadas de metal e uma camada interna de piezoel trico ao ser alimentado com uma fonte de sinal vibra na mesma frequ ncia recebida funcionando como uma sirene ou um alto falante Existem v rios tamanhos e vers es uns com e sem osciladores internos Todos os dispositivos sonoros de alarmes como os de autom veis usam um buzzer para o som Sua vantagem em rela o aos alto falantes comuns que o consome pouca energia em rela o pot ncia sonora sendo facilmente alimentados com baterias muito utilizado quando se querem alertar ou avisar sobre a ocorr ncia de algo pois ao emitir um sinal sonoro capaz de chamar aten o dist ncia Sua utiliza o no GPRSx foi devida necessidade de informar sobre valida es e erros no sistema Como o EOSx Sistema Operacional Embarcado do GPRSx possui uma tarefa com fun o de alarme e t

Domótica - Universidade Federal do Pará

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