ELIAS FRANCISCO SANTOS JUNIOR

PAULO ELIAS DE OLIVEIRA

COMUNICAÇÃO PONTO A PONTO VIA TECNOLOGIA GSM

Trabalho de Conclusão de Curso do Centro

Universitário Adventista de São Paulo do curso

de Sistemas para Internet, sob orientação do

prof. Mateus dos Santos.

ENGENHEIRO COELHO

2012

Agradecemos aos nossos familiares, colegas e

amigos de classe, professores pelo apoio,

dedicação e apoio nos 3 anos que aqui

passamos, a atenção e paciência que nos foi

dada foi de grande valor. Por último e mais

importante a Deus pela inteligência concedida a

nós onde conseguimos entender e aprender

muita informação útil para nossas vidas.

RESUMO

O controle operacional automatizado de um sistema pode contribuir

significativamente para a manutenção de um padrão eficiente de abastecimento, diante

disso, esse trabalho pretende discutir a automação do sistema de abastecimento de água do

UNASP-EC, através de um sistema micro processado, que irá oferecer um desempenho

adequado à demanda, a fim de reduzir o tempo de identificação dos fatores que inviabilizam

o fluxo normal desse processo, assim como a sua manutenção, amenizando os transtornos

ocorridos pela falha de fornecimento.

Palavras Chave: Automação; Microcontroladores; Microprocessadores.

ABSTRACT

The automated operational control system can be significantly helpful to the

maintenance of an efficient default supply, before that, this paper discusses the system

automation UNASP-EC water’s supply through a microprocessor, which will offer a demand

performance, in order to reduce the time to identify the factors that prevent the normal

process flow, as well as their maintenance, thereby relieving the disorders caused by the

supply source failure.

Keywords: Automation, Microcontrollers, Microprocessors.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Diagrama de um microcontrolador................................................................................ 18

Figura 2 - Conector DB9 .............................................................................................................. 23

Figura 3 - Conector DB25 ............................................................................................................. 23

Figura 4 - Ilustração do projeto proposto ..................................................................................... 25

Figura 5 – Modem SmartGSM862 Board com Módulo GM862 -GSM/GPRS Telit - Placa Controladora

GSM Telit ................................................................................................................................... 26

Figura 6 - Placa mpf077 ............................................................................................................... 26

Figura 7 – Diagrama de caso de uso ............................................................................................. 27

Figura 8- Trajeto do cabo de controle atual ................................................................................. 28

Figura 9 - Caixa d’água ................................................................................................................ 29

Figura 10 - Casa do poço ............................................................................................................. 29

Figura 11 - Local onde será instalado Parte do Sistema ................................................................ 30

Figura 12 - Sistema de distribuição de água ................................................................................. 31

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS OU TERMOS OPERACIONAIS

UNASP-EC – Universidade Adventista de São Paulo, Campus Engenheiro Coelho

CLP - Controladores Lógicos Programáveis

SMS - Short Message Service

LCD - Liquid Crystal Display

TCP/IP - Transmission Control Protocol” e “Internet Protocol

GSM - Global System for Mobile Communications

GPRS - General Packet Radio Services

A/D e D/A – Analógico/Digital – Digital/Analógico

AMCC - Applied Micro Circuits Corporation

CPU - Central Processing Unit

ULA - Unidade Lógica e Aritmética

PIC - Programmable Interface Controller

RAM - Random-Access Memory

ROM – Read Only Memory

MOS Technology - Manufacturing Operating System

EEPROM - Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

TDMA - Time Division Multiple Access

FDMA - Frequency Division Multiple Access

RS-232 - Recommended Standard

EIA - Electronic Industries Association

DB9 - Data Bus 9 Pin Connector

NC - Network Channel

CTS - Cable Transmission System

RTS - Range Time Signal

DSR - Data Set Ready

DTR - Data Terminal Reader

GND – Ground, Terra.

DCD - Database Connector Descriptor

TTL – Time to Live

BPS - Bits per second

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 10

1.1 Contextualizações da temática .............................................................................................. 10

1.2 Problemáticas da pesquisa .................................................................................................... 11

1.3 Hipóteses .............................................................................................................................. 11

1.4 Objetivos .............................................................................................................................. 12

1.4.1 Objetivo geral .................................................................................................................... 12

1.4.2 Objetivos específicos .......................................................................................................... 12

1.5 Justificativa ........................................................................................................................... 13

1.5.1 Relevância pessoal ............................................................................................................. 14

1.5.2 Relevância social ................................................................................................................ 14

1.5.3 Relação com a linha de pesquisa do curso social ................................................................. 14

2 LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO ............................................................................................. 15

2.1 Definição de microcontroladores e microprocessadores ........................................................ .15

2.2 Histórico ............................................................................................................................... 16

2.3 Diferença entre microcontroladores e microprocessadores .................................................... 19

2.4 Definição modem externo (GSM)........................................................................................... 20

2.5 Princípio de comunicação serial ............................................................................................. 21

3 METODOLOGIA ........................................................................................................................ 24

3.1 Materiais .............................................................................................................................. 25

3.2 Métodos ............................................................................................................................... 27

4 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................................ 28

4.1 Coleta de dados .................................................................................................................... 28

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................... 33

6 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................... 34

10

1 - INTRODUÇÃO

Para que haja um bom aproveitamento dos recursos hídricos disponíveis, existe

a necessidade de uma gestão eficiente, assim é fundamental uma estratégia que possa

colaborar para que esses recursos sejam continuamente oferecidos, evitando possíveis

desconfortos diante a interrupção do abastecimento.

Nesse sentido, é possível entender que o controle operacional automatizado de

um sistema de abastecimento de água de uma instituição de ensino que promove a

utilização desses recursos para mais de 2000 pessoas diariamente, pode contribuir

significativamente para a manutenção de um padrão eficiente de abastecimento.

Diante disso, pretende-se, a partir desse trabalho discutir a automação do

sistema de abastecimento de água do UNASP-EC, através de um sistema micro

processado, que irá oferecer um desempenho adequado à demanda. Através de um

controle via web ou de um aparelho celular, que em qualquer lugar que tenha

cobertura de rede, irá se reduzir o tempo de identificação dos fatores que inviabilizam

o fluxo normal desse processo, assim como a sua manutenção, amenizando os

transtornos ocorridos pela falha de fornecimento.

1.1 - Contextualização da Temática

O sistema de abastecimento de água do Centro Universitário de São Paulo

(UNASP), campus Engenheiro Coelho, localizado no interior do Estado São Paulo, é

responsável pelo abastecimento de aproximadamente 2000 pessoas, dentre elas

estudantes que residem na instituição, professores, funcionários e demais alunos que

fazem uso somente no período de aula. Para tanto, o sistema conta com poços

artesianos, localizados cerca de 3Km de distância das caixas d’água de redistribuição.

Esporadicamente esse sistema apresenta falhas em seu funcionamento:

compromete o abastecimento de água no campus, causando transtorno ao usuário

diante a falta de água e grandes dificuldades em localizar precisamente qual dos poços

gerou-se o problema e qual o motivo para tal na equipe técnica de manutenção.

11

Considerando esse problema que afeta a todos usuários, observa-se a

possibilidade de criação de um sistema remoto que possibilitará a comunicação entre

os poços de água e os técnicos de manutenção.

1.2 - Problemática da pesquisa

O campus da UNASP-EC, utiliza-se atualmente de câmeras de monitoração a

distância para tentar reduzir os possíveis problemas, o que mostra não ser eficiente

devido a necessidade de uma monitoração 24h.

Existem no mercado controladores lógicos programáveis (clp) que poderiam ser

adaptadas a tal situação, entretanto precisariam ser adaptado e ainda não seriam

totalmente dedicados o que possibilitaria possíveis falhas. Isso sem contar a

inviabilidade financeira, analisando a relação custo benefício, uma vez que tais

controladores são equipamentos de custo elevado.

Portanto a criação eminente do sistema será um produto totalmente

personalizado, simplificado e que atenda especificamente a necessidade do UNASP-EC

podendo ser estendido aos outros campus e também a uma possível patente do

produto. Existe também um sistema de radiofrequência, que devido a sua limitação de

alcance, também não deve se aplicar ao projeto proposto. Logo, cabe a proporcionar

uma solução de tal problema, propondo as devidas soluções apresentadas a seguir.

1.3 - Hipóteses

Toda empresa que tenha algum tipo de abastecimento de água em massa,

apresenta a necessidade de um sistema de automação que possa evitar qualquer

dificuldade que cause impacto direto em seu andamento, diante disso, é possível

prever que no UNASP-EC, o sistema irá oferecer um controle em tempo real, capaz de

evitar o transtorno causado devido a interrupção do abastecimento.

Esse sistema, a cada 30 segundos, irá transmitir uma atualização do seu estado

a um servidor na internet, que poderá ser acessado quando necessário, além de enviar

mensagens SMS caso aconteça alguma irregularidade com o processo, reduzindo o

12

tempo de descoberta do problema e sua localização, favorecendo a maior agilidade no

acionamento do profissional que possa corrigir o defeito.

1.4 - Objetivos

Atualmente o sistema de abastecimento de água do UNASP campus Engenheiro

Coelho é realizado de maneira semi-automática, tornando assim, a identificação do

problema, complicada conforme já mencionado na Seção 1.2. Portanto pretende-se

realizar a automação do sistema de abastecimento de água da instituição, com

dispositivos redundantes e precisos onde irão ajudar a manutenção, operação e

precaução dos problemas obtidos atualmente, e com isso poderemos obter um

aperfeiçoamento deste controle de abastecimento.

1.4.1 - Objetivo geral

O objetivo deste trabalho foi modelar e desenvolver um sistema automatizado

de controle e monitoramento das interrupções do abastecimento de água no campus

da Instituição que permita a identificação do local e seu respectivo motivo da

ocorrência, propondo a adoção da automação para solução da mesma, verificando

suas limitações, possibilidades, vantagens e desvantagens.

1.4.2 - Objetivos específicos

Conforme os problemas citados na Seção 1.1 pode-se então definir os objetivos

específicos da seguinte maneira:

Implementar um servidor Web que proveja a interface para monitoramento e

controle do sistema remotamente;

Construir um circuito eletrônico microcontrolado para monitorar os sensores e

controlar o acionamento das motobombas de uma estação, configurável

através de uma conexão Ethernet ou alternativamente por uma interface

composta por chaves para acionamento manual e display LCD;

13

Desenvolver o software a ser utilizado no circuito eletrônico, responsável pela

aquisição de dados dos sensores, controle das motobombas e que permita

comunicação do sistema embarcado de cada estação com o servidor central

através do protocolo TCP/IP; Projetar e implementar um banco de dados para

armazenamento do histórico das estações (níveis dos reservatórios, estados

das bombas e vazões de saída), dados dos usuários para login no sistema e as

operações efetuadas para posteriores auditorias;

Propor a automação do sistema de abastecimento de água de uma instituição

de ensino para otimizar o abastecimento de água;

Criar um link usando a comunicação GSM entre dois pontos, isto é, entre a

caixa d’água e o poço do UNASP-EC;

Evitar as constantes queimas de bomba, os superaquecimentos e outros

problemas decorrentes da falta de uma técnica eficiente de constatação e

identificação do problema;

1.5 - Justificativa

A gestão eficiente dos recursos hídricos é fundamental para que estes tenham

melhor aproveitamento, dessa forma, um sistema automatizado de controle e

monitoramento, pode colaborar expressivamente para um melhor aproveitamento

desses recursos naturais, além de garantir sua continuidade de oferecimento, evitando

possíveis transtornos e desperdícios. Diante disso, é possível entender que o controle

operacional automatizado de um sistema de abastecimento de água de uma

instituição de ensino que promove a utilização desses recursos para mais de 2000

pessoas, pode resultar em economia significativa de tempo por parte dos funcionários

responsáveis pela manutenção, deixando-os livres para as demais atividades laboral,

além de promover diminuição dos intervalos que a instituição fica com o

abastecimento interrompido.

Para BANZATO (2002), o conceito de automação versa na aplicação de um

conjunto de técnicas para construção de sistemas ativos, capazes de operar com

eficácia através do uso de dados recebidas do elemento sobre o qual atuam. Diante

das informações recebidas, o sistema orça a medida de correção mais adequada para a

14

conservação dos parâmetros de verificação em níveis pré-configurados, assim, devido

à falta de automação no sistema de abastecimento de água do UNASP-EC, a proposta

se justifica uma vez que nos valeremos dos avanços tecnológicos para estabelecermos

a conexão via GSM dos sistemas poço/caixa d’agua e vice-versa, facilitando a

manutenção e controlando o sistema remotamente.

1.5.1 - Relevância pessoal

A percepção dos efeitos negativos que a interrupção do abastecimento de água

causa aos usuários presentes na instituição diante a deficiência da falta de um sistema

automatizado no controle do abastecimento de água motivou a escolha desta

temática.

1.5.2 - Relevância social

Com um sistema micro processado, haverá o desempenho máximo do sistema

de controle de água potável do campus. Através do controle feito através da web ou

de um aparelho celular, em qualquer lugar do mundo e através de texto puro, ocorrerá

a comunicação ponto a ponto entre os modems. Os microcontroladores estarão

decodificando as mensagens e estarão fazendo suas devidas funções previamente

programadas em um compilador compatível ao hardware utilizado.

1.5.3 - Relação com a linha de pesquisa do curso

Com a realização deste trabalho pretende-se ampliar a atuação de

conhecimento obtido no curso de Sistemas para Internet, em que o foco maior é a

solução de problemas usando sistemas integrados. Pretende-se aumentar o campo de

estudos para outras áreas do curso, como redes distintas à semelhança do GSM e o

desenvolvimento de softwares para sistemas dedicados, como o do micro-controlador.

15

2 - LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO

2.1 - Definição de microcontroladores e microprocessadores

Microcontrolador é um computador simplificado embarcado em um único chip.

Uma das mais importantes invenções do ramo da eletrônica, sendo fundamental na

construção de eletroeletrônicos diversos (BATES, 2006).

Possui três elementos principais: periféricos de entrada e saída, para se

comunicar com o mundo exterior; memórias, para armazenar programas e dados; e

um processador, para fazer cálculos e manipular dados (BATES, 2006).

Um microcontrolador é um chip de baixo custo que contém

internamente periféricos de um computador dedicado como

microprocessador, memória de dados, memória de programa, pinos

de entrada e saída, como também, interface USB para os modelos

mais recentes, entre outros. (JUCA, 2009)

Além de ter uma unidade de processamento, um microprocessador, tem

memória de leitura e escrita (armazena dados) memória somente de leitura (armazena

programas), dispositivos periféricos (como conversores A/D e D/A) e interfaces para

entrada e saída digital.

No mercado existem diversos tipos de microcontroladores , porém os principais

são: AMCC (2012), Analog Device(2012), Atmel (2012), Freescale Semiconductor

(2012), Intel(2012), National Semiconductor (2012), Microchip Technology (2012),

Silicon Laboratories (2012) e Texas Instruments (2012).

Seguramente estes controladores foram muito importantes para a revolução

dos diversos produtos eletrônicos que os computadores: permitiram a evolução de

equipamentos que a anos não evoluíam tais como os motores a combustão que agora

com o novo controle eletrônico podem funcionar com sistema bi-combustível,

poluindo menos, e as máquinas fotográficas, que migraram de processos mecânicos

para os microcontrolados, através de seus sensores digitais e memória.

O microprocessador e também processador é definido como um circuito

integrado, digital, capaz de executar um programa armazenado em alguma memória

16

que contém uma lista de instruções para a realização de uma seqüência de tarefas

lógicas ou aritméticas. Realiza as funções de cálculo e tomada de decisões de um

computador, todos os equipamentos eletrônicos e computadores baseiam-se nele

para efetuar funções, ele é basicamente o cérebro do computador por realizar todas

estas funções e tornar o computador inteligente. Incorpora as funções de uma unidade

central de um computador CPU em um único circuito, ou em vários circuitos. Também

reconhecido como dispositivo multifuncional programável que é capaz de aceitar

dados digitais com entrada processa de acordo com as instruções fornecendo

resultados como saída.

O circuito integrado opera com números e símbolos representados com

sistema binário, formado por uma camada de mesa epitaxial de silício, trabalhada de

modo a formar um cristal de extrema pureza, laminada até uma espessura mínima

com grande precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico

e dopada pela exposição a altas temperaturas em fornos que contêm misturas gasosas

de impurezas. Este processo é repetido tantas vezes quanto necessário à formação da

microarquitetura do componente. Executa as instruções num sistema, o

microprocessador, determina em certa medida a capacidade de processamento do

computador e também o conjunto primário de instruções que ele compreende. Ele se

divide em várias unidades que trabalham em alta freqüência, entre elas estão ULA e os

registradores.

2.2 - Histórico

Para uma melhor eficácia no processamento de dados, os microprocessadores

em computadores passaram a ser utilizados na década de 70. A Intel foi uma das

precursoras no segmentos dando inicio a preocupação para melhorar cada vez mais o

sistema de processamento de dados por meio desses componentes.

Baseados na arquitetura de um microprocessador e seus periféricos, criou-se

um componente que, integrados em uma única unidade, era capaz de comportar todo

um sistema equivalente a um microprocessador e seus periféricos. Assim surgiu o

microcontrolador.

17

Segundo MARTINS (2005) com o passar dos anos e com os avanços da

tecnologia, os microcontroladores tornaram-se uma das melhores relações

custo/benefício em se tratando de soluções que demandam processamento, baixo

custo de hardware e pequena necessidade de espaço físico. Para Martins(2005)

existem no mercado muitos tipos de microcontroladores, sendo o 8051 o mais

popular. A ATMEL(2012) possui uma enorme família de componentes com as mesmas

características do 8051, alguns até com as mesmas pinagens dos registradores; outros

com pinagens diferentes, mas com o mesmo conjunto de instruções, com clock de 4

MHz até aproximadamente 10 MHz. A DALLAS Semiconductors (2012) tem um

microcontrolador de alta performance, de até 90MHz, compatível com 8051. Por fim,

vem a Microchip Technology Inc. (2012) com os microcontroladores da série PIC que se

tornaram muito populares, graças a um bom plano de marketing, baseado na

disseminação de uma ferramenta de auxílio à construção de programas – o MPLAB

IDE. Os microcontroladores da série PIC possuem ainda uma linguagem Assembly

menos complexa em relação àquelas disponibilizadas por outros fabricantes.

Segundo MELO (2008) a história do microprocessador teve inicio no ano de

1969, quando uma empresa japonesa denominada BUSICOM, estreou um projeto para

uma calculadora eletrônica, com um número reduzido de circuitos integrados. Esta

empresa japonesa expediu para os Estados Unidos uma equipe de engenheiros

responsáveis por este projeto, à procura de Marcian Hoff da Intel Corporation. Com

uma vasta experiência em projetos de computadores, o engenheiro Hoff sugeriu uma

forma fundamental e diferente de erigir uma calculadora. Segundo o engenheiro

Marcian, era provável construir uma máquina capaz de mudar sua funcionalidade, com

base em um programa armazenado em sua própria memória, ou seja, ele pensou que

ao invés de desenvolver um chip que somente seria uma calculadora, desenvolver algo

que funcionasse de acordo com um programa.

Para MELO (2008), posteriormente a compra da licença da empresa japonesa

em 1971, Hoff juntamente com o engenheiro Frederico Faggin implementaram para a

Intel o primeiro microprocessador de 4 bits, denominado 4004, ele conseguia

processar 6000 operações por segundo (6kHz). A partir desta data os

microprocessadores não pararam de evoluir, porém estes já não atendiam as

18

necessidades dos engenheiros quando era necessário um processamento em sistemas

embarcados, como celulares, televisões, controle de motores e outros. Para suprir

estas necessidades foi lançado o primeiro microcontrolador pela Texas em 1974, o

TMS 1000 de 4 bits, que inclui RAM, ROM e suporte a I/O em um único chip,

permitindo o uso sem qualquer outro chip externo, como pode ser visto na Figura 1.

Figura 1: Diagrama de um microcontrolador/Fonte: Zelenovsky(2012)

Em 1977 a Intel lança o microcontrolador 8048, que possuía memória de

programa externa (ROM), e memória de dados interna (RAM) conforme Figura 1. Em

1980 nasceu o 8051, com vários periféricos, 4K de memória de programa e 128 bytes

de memória de dados, possibilitando o uso sem a necessidade de chips externos. Tem

encapsulamento de 40 pinos, tecnologia HMOS e ainda hoje é largamente utilizado.

Atualmente há diversos fabricantes no mercado de microcontroladores, por

exemplo, a ATMEL, a Microchip, a HOLTEK e a Motorola. Um engenheiro da Motorola

saiu da empresa e entrou para a MOS Technology que em 1975, lança o 6501 e o 6502

por um preço muito mais abaixo do que os processadores da Intel e Motorola. A

Motorola lança um processo contra a MOS Technology e contra o engenheiro que saiu

da Motorola para a concorrente. A MOS fica impossibilitada de comercializar o 6501,

porém o 6502 continua a sua venda normalmente. Devido ao baixo custo do 6502,

este torna-se rapidamente utilizado pelo mercado nos computadores Apple,

Comodore e até no Atari. A MOS chegou a vender até 15 milhões de processadores por

ano, porém foi comprada por um grupo de empresas como a Rockwell, Ricoh e

19

Comodore. Outro engenheiro, porém da Intel, sai da corporação e funda sua própria

empresa, a Zilog. Em 1976, a Zilog lança o Z80, que era compatível com 8080 da Intel e

apresentava inúmeras vantagens frente a este. Uma das grandes vantagens do Z80, é

que este além de ser totalmente compatível com o 8080, conseguia rodar os

programas já desenvolvidos para este processador com muito mais vantagens. Neste

mesmo ano, a Intel lança uma versão melhorada do 8080, chamada 8085, porém o Z80

ainda era tão superior a este e tornou-se praticamente padrão de mercado em

processadores.

2.3 - Diferença entre microcontroladores e microprocessadores

Baseado em MATIC(2000), os microcontroladores se diferenciam dos

processadores, pois além dos componentes lógicos e aritméticos usuais de um

microprocessador de uso geral, o microcontrolador integra elementos adicionais em

sua estrutura interna, como memória de leitura e escrita para armazenamento de

dados, memória somente de leitura para armazenamento de programas, EEPROM para

armazenamento permanente de dados, dispositivos periféricos como conversores

analógico/digitais, conversores digitais/analógicos em alguns casos e, interfaces de

entrada e saída de dados. Com freqüências de clock de poucos MHz ou talvez menos,

os microcontroladores operam a uma freqüência muito baixa se comparados com os

microprocessadores atuais, no entanto são adequados para a maioria das aplicações

usuais como, por exemplo, controlar uma máquina de lavar roupas ou uma esteira de

chão de fábrica.

O seu consumo em geral é relativamente pequeno, normalmente na casa dos

miliwatts e possuem geralmente habilidade para entrar em modo de espera

aguardando por uma interrupção ou evento externo, como por exemplo, o

acionamento de uma tecla, ou um sinal que chega via uma interface de dados. O

consumo destes microcontroladores em modo de espera pode chegar na casa dos

nanowatts, tornando-os ideais para aplicações onde a exigência de baixo consumo de

energia é um fator decisivo para o sucesso do projeto.

Embora seja a essência do computador, o microprocessador diferente do

microcontrolador, está longe de ser um computador completo. Para que possa

20

interagir com o utilizador precisa de: memória, dispositivos de entrada/saída, um

clock, controladores e conversores de sinais, entre outros. Cada um desses circuitos de

apoio interage de modo peculiar com os programas e, dessa forma, ajuda a moldar o

funcionamento do computador.

2.4 - Definição modem externo (GSM)

De acordo com OSHIKIRI(2008), o modem é uma placa de expansão que faz

ligação com o PC á linha telefônica, aceita com que a máquina envie sinais para os

cabos, no formato dos apitos que ouve quando levanta o auscultador na altura em que

o PC está online. Do mesmo modo percebe os apitos do computador do outro lado da

chamada e transforma-os de novo para dados. Podemos dizer também que este

dispositivo eletrônico modula um sinal digital em uma onda analógica que esta pronta

a ser transmitida pela linha telefônica, e que demodula, o sinal analógico e reconverte-

o para o formato digital original.

OSHIKIRI(2008), continua dizendo que o sistema GSM 900 utiliza dois conjuntos

de frequências na banda dos 900 MHz: o primeiro nos 890-915MHz, utilizado para as

transmissões do terminal, e o segundo nos 935-960MHZ, para as transmissões da rede.

O método utilizado pelo GSM para gerir as frequências é uma combinação de duas

tecnologias: o TDMA (Time Division Multiple Access) e o FDMA (Frequency Division

Multiple Access). O FDMA divide os 25 MHz disponíveis de frequência em 124 canais

com uma largura de 200 kHz e uma capacidade de transmissão de dados na ordem dos

270 Kbps. Uma ou mais destas frequências é atribuída a cada estação-base e dividida

novamente, em termos de tempo, utilizando o TDMA, em oito espaços de tempo

(timeslots).

O terminal utiliza um timeslot para recepção e outro para emissão. Eles

encontram-se separados temporalmente para que o telemóvel não se encontre a

receber e transmitir ao mesmo tempo. Esta divisão de tempo também é chamada de

full rate. As redes também podem dividir as frequências em 16 espaços, processo

designado como half-rate, mas a qualidade da transmissão é inferior. A voz é

codificada de uma forma complexa, de forma que erros na transmissão possam ser

detectados e corrigidos. Em seguida, a codificação digital da voz é enviada nos

21

timeslots, cada um com uma duração de 577 milisegundos e uma capacidade de 116

bits codificados. Cada terminal deve possuir uma agilidade de frequência, podendo

deslocar-se entre os timeslots utilizados para envio, recepção e controle dentro de um

frame completo. Ao mesmo tempo, um telemóvel verifica outros canais para

determinar se o sinal é mais forte e mandar a transmissão para eles, caso a resposta

seja afirmativa.

Esta tecnologia móvel esta dentro do padrão mais popular do mundo de

telefones celulares, usada em mais de 200 países por mais de um bilhão de pessoas.

Seus sinais e canais de voz são digitais, o que o diferencia de seus antecessores, e que

faz ser visto com um sistema de telefone celular de segunda geração.

2.5 - Princípio de comunicação serial

RUSCHEL(1996) fala que na telecomunicação e ciência da computação, a

comunicação serial é o procedimento de enviar dados em um bit de cada vez,

sequencialmente em um canal de comunicação ou barramento, diferenciando assim,

da comunicação paralela, em que todos os bits de cada símbolo são enviados juntos.

Princípio usado em toda comunicação de longo alcance e também na maioria das

redes de computadores, onde o custo de cabos e as dificuldades de sincronização

tornam a comunicação paralela impraticável. Para curtas distâncias, barramentos

seriais estão se tornando mais comuns devido ao ponto em que as desvantagens dos

barramentos paralelos, como a densidade de interconexão, superam suas vantagens

de simplicidade.

DENVER(1995), fala que na comunicação serial, as mensagens digitais são mais

longas que alguns poucos bits, e por não ser prático nem tão pouco econômico

transferir todos os bits de uma mensagem simultaneamente, esta mensagem é

quebrada em partes menores e transmitida sequencialmente. A transmissão bit-serial

transforma a mensagem em um bit por vez através de um canal. Cada bit representa

uma parte da mensagem. Os bits individuais são então rearranjados no destino para

compor a mensagem original. Geralmente um canal irá passar apenas um bit por vez. A

transmissão bit-serial é normalmente chamada de transmissão serial, e é o método de

comunicação escolhido por diversos periféricos de computadores. A transmissão byte-

22

serial converte 8 bits por vez através de 8 canais paralelos. Embora a taxa de

transferência seja 8 vezes mais rápida que na transmissão bit-serial, são necessários 8

canais, e o custo poderá ser maior do que 8 vezes para transmitir a mensagem.

Quando as distâncias são menores, é fácil e muito econômico usar canais paralelos

como justificativa para as altas taxas de transmissão. Um exemplo seria a interface

Centronics de impressoras é caso típico de transmissão byte-serial.

A RS-232 é a abreviação de Recommended Standard ou Padrão recomendado.

Esta relata uma padronização de uma interface comum para comunicação de dados

entre equipamentos, criada no inicio de 1960, por um comitê conhecido como

Electronic Industries Association (EIA). Naquele tempo, a comunicação de dados

compreendia a troca de dados digitais entre um computador central (mainframe) e

terminais de computador remotos, ou entre dois terminais sem o envolvimento do

computador. Estes dispositivos poderiam ser conectados através de linha telefônica, e

consequentemente necessitavam de um modem em cada lado para fazer a

decodificação dos sinais, dessas idéias nasceu o padrão RS232. Ele especifica as

tensões, temporizações e funções dos sinais, um protocolo para troca de informações,

e as conexões mecânicas.

A mais de 30 anos desde que essa padronização foi desenvolvida, a EIA

publicou três modificações. A mais recente, EIA232E, foi introduzida em 1991. Ao lado

da mudança de nome de RS232 para EIA232, algumas linhas de sinais foram

renomeadas e várias linhas novas foram definidas. Embora tenha sofrido poucas

alterações, muitos fabricantes adotaram diversas soluções mais simplificadas que

tornaram impossível a simplificação da padronização proposta. As maiores dificuldades

encontradas pelos usuários na utilização da interface RS232 incluem pelo menos um

dos seguintes fatores, a ausência ou conexão errada de sinais de controle, resultam em

estouro do buffer (“overflow”) ou travamento da comunicação e a função incorreta de

comunicação para o cabo em uso, resultam em inversão das linhas de Transmissão e

Recepção, bem como a inversão de uma ou mais linhas de controle (“handshaking”).

A comunicação serial RS232 nos dias de hoje é muito utilizada para permitir a

comunicação entre dispositivos como, mouses e modens, estes são alguns da

variedade de equipamentos que podem ser conectados á porta serial. Embora esta

porta hoje perder para USB, é importante entender como ela funciona. Esta porta está

23

disponível nos PCs no conector do tipo DB9 ou DB25, ambos do tipo macho sendo o

tipo DB9 mais usado.

As Figuras 2 e 3 ilustram a diferença entre esses tipos de conectores citados.

Figura 2 - Conector DB9 Figura 3 - Conector DB25

O conector do tipo DB9 é o mais usado, e o Pino de Descrição é 1 DCD 2 RX 3 TX

4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTS 8 CTS 9 NC. Destes pinos, somente o 2, 3 e 5 são utilizados

para prover comunicação entre dispositivos ficando o restante para o controle do

tráfego de dados. O padrão de comunicação utilizado pelo RS232 é diferente do

utilizado pelo TTL, onde o nível 1 está associado a 5V e o nível 0 ao 0V. No padrão

RS232, o nível 1 está associado a uma tensão de –3V a –18V enquanto o 0 está

associado a uma tensão de 3V a 18V. Qualquer tensão dentro desta faixa será

entendido como 1 ou 0. Ao trabalhar com o RS232, devemos saber primeiramente

alguns parâmetros como, por exemplo, a sua taxa de comunicação que é chamada de

baud rate.

O baud rate informa quantos bits no período de 1 segundo serão transferidos

na linha, os baud rates comuns são o 2400, 4800 e 9600 BPS onde BPS significa bits por

segundo. Quando não há comunicação na linha RS232, ela normalmente fica no seu

estado de repouso, que é no nível lógico 1 (de –3A -18V no RS232). Quando inicia a

comunicação o primeiro bit transferido é o chamado bit de start, que mantém a linha

de comunicação no intervalo de 1 período em nível baixo. Em seguida vêm os 8 bits de

dados do byte a ser transmitido e finalmente o bit de stop, que volta a deixar a linha

no seu estado de repouso. Este permanece em estado alto inicialmente pelo fato de

estar na condição de repouso. Logo em seguida, a comunicação é inicializada com um

bit de start, que fica em nível lógico baixo por pelo menos 1 período e logo em seguida

vêm os oito bits de dados referentes ao byte sendo transmitido. Após a transmissão

dos oito bits, a comunicação é encerrada com um bit de stop, que deixa novamente a

linha de dados em nível lógico alto voltando desta forma ao seu estado de repouso.

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3 - METODOLOGIA

Com o sistema de comunicação serial RS-232, será realizada a comunicação

entre o modem e o microcontrolador modelo ATMEGA 8535(2012) e por meio de

texto puro, iremos fazer a comunicação ponto a ponto entre os modens.

Em síntese, após sua implementação o sistema funcionará mediante a troca de

informações com a bomba, ou seja, sensores terão a função de coletar dados em

tempos pré-determinados e o microcontrolador transmitir tais dados ao sistema

central. De acordo com a leitura obtida, referentes à temperatura, tensão da rede

elétrica, nível de água ou a falha de funcionamento de algum dispositivo, existe a troca

de informação, que através da comunicação serial RS 232, o modem gera um alerta

transmitindo assim, as mensagens de aviso aos celulares cadastrados.

Com a comunicação serial RS-232, será realizada a comunicação entre o

modem e o microcontrolador modelo ATMEGA 8535, e através de texto puro, faz-se a

comunicação ponto a ponto entre os modems. Os microcontroladores estarão

decodificando as mensagens e estarão fazendo suas devidas funções previamente

programadas em um compilador compatível ao hardware utilizado.

O software dos microcontroladores será desenvolvido em linguagem C, com a

ferramenta de programação CODEVISION AVR, ferramenta de origem européia com

recursos avançados para a programação dos chips. Com o auxilio de um gravador

dedicado ao hardware conectado a um computador, será realizada a programação dos

chips, assim, sem precisar desconectar os chips do hardware desenvolvido. Todos os

componentes de hardware(Placa controladora) e software foram desenvolvidos pelos

alunos, que pretendem estabelecer uma comunicação segura, confiável, sem

possibilidades de erros e com a praticidade de controlar todo o sistema remotamente,

como demonstrado na Figura 4.

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Figura 4: Ilustração do projeto proposto

3.1 - Materiais

Os materiais a serem utilizados serão microcontroladores Atmega 8535(2012),

programados em linguagem C, devido os recursos avançados para a programação dos

chips que o software CODEVISION AVR(2012) dispõe, cuja a instituição dispõe da

licença, além de modem SmartGSM862 Board (2012) com Módulo GM862 -GSM/GPRS

Telit - Placa Controladora GSM Teli ilustrado na Figura 5, placa mpf077 ilustrada na

Figura 6, material técnico bibliográfico, e hardware dedicado à aplicação.

Os microcontroladores irão se comunicar com os modens, via comunicação

serial RS-232, os modens irão se comunicar via tecnologia GSM, e assim

sucessivamente.

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Figura 5 – Modem SmartGSM862 Board com Módulo GM862 -GSM/GPRS Telit -

Placa Controladora GSM Telit/Fonte: Microgenios

A escolha dos modens esta relacionada à assistência técnica especializada

oferecida no pós venda, além da compatibilidade existente com os

microcontroladores.

Figura 6 – Placa mpf077

27

3.2 - Métodos

O sistema irá funcionar a partir da coleta de informações dos sensores que

desta maneira possibilitará planejar o software e adequar precisamente o hardware.

Serão utilizadas ferramentas como o CODEVISION AVR Studio para a programação dos

microcontroladores. Também a utilização da placa mpf077, uma placa didática

projetada para aplicações de automação em vários tipos de aplicação.

Após programados e devidamente testados via emulação em bancada, avalia-se

esta etapa inicial concluída, possibilitando desta maneira seguir para a fase de

implantação real. Na figura 7 temos um diagrama explicando o funcionamento do

sistema proposto.

Figura 7: Diagrama de caso de uso

O sistema instalado funcionará da seguinte maneira: o modem da caixa d’água

envia uma mensagem ao modem do poço solicitando que a bomba seja ligada, se o

poço estiver sem falhas, liga a bomba. Assim que a caixa encher, o modem da caixa

manda uma mensagem ao poço e solicita o desligamento da bomba. Todas as

mensagens são armazenadas no servidor web para possíveis consultas. Caso ocorra

algum problema no poço ou caixa d’água os modens enviarão mensagens para os

celulares cadastrados no sistema, assim possibilitando o reparo rápido e evitando a

falta d’água em todo o campus. Através da placa mpf077, diversos sistemas de

controles e proteção serão instalados nos painéis de acionamento da bomba como

sensores, reles de proteção, horímetro para prever manutenções, etc. cada poço e

caixa terão vários sensores para controle e automação do sistema. Os sensores estarão

ligados a placa que fara o controle e tratamento dos sinais coletados.

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4 – DESENVOLVIMENTO

4.1 - Coleta de dados

As informações foram obtidas através das tentativas que ocorreram a fim de

apresentar a melhoria do processo de automação do sistema de abastecimento de

água do UNASP-EC. Devido as características da localidade, distância e a falha de sinal

GSM, a pesquisa teve um grau de dificuldade acentuado, o trajeto em vermelho na

Figura 8, simboliza o cabo de controle atualmente utilizado passando por difíceis áreas

de acesso, sujeito a grande vulnerabilidade, tais como corrosão, máquinas agrícolas,

furto e outros.

Figura 8- Trajeto do cabo de controle atual/Fonte: Google

Os três reservatórios são feitos de aço: 180000 litros, 185000 litros e 175000

litros, conforme Figura 9. Em horário de pico (17:00 horas as 19:30 horas) o consumo

passa a ser superior ao que a bomba de cada poço poderia mandar para os

reservatórios previamente, assim, o novo sistema iria prever uma reserva mínima

neste horário.

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Figura 9: Caixa d’água

A bomba do poço, observada na Figura 10, tem capacidade de enviar através

do sistema de distribuição de água, 17000 litros de água por hora, no entanto o

consumo é cerca de 19000 litros.

Figura 10: Casa do poço

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É importante mencionar que no inicio das pesquisas foi detectado a falta de

sinal GSM, porém houve a instalação de uma antena para telefones celulares, assim, a

distância que poderia ser uma barreira para a implantação, deixou de existir.

As devidas programações e previsões para realizar as instalações de

infraestrutura, Figura 11, ocorreram: todos os dispositivos foram testados em bancada,

no entanto, por não dispor de modens, o projeto não foi concluído, o que deixa espaço

para estudos futuros.

Figura 11: Local onde será instalado Parte do Sistema

Foram determinados a funcionalidade das mensagens de texto e definidos meios e as

mensagens que iriam ser enviadas para aviso : liga, desliga, alarme, emergência, nível

critico, falha no acionamento da bomba, bomba desligada por falha, entre outras. Esta

fase, os testes foram feitos com dois aparelhos celulares enviando e recebendo

mensagens e assim simulando o funcionamento dos modens.

Ainda que, ao final dessa pesquisa não haja efetivamente a aplicação do

recurso de automação, esse estudo possibilita uma estrutura para outros estudos e

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implementações, pois este dispositivo, não se destina apenas para automação para

sistema de abastecimento de água, Figura 12, mas para qualquer tipo de automação,

com o diferencial de ser dedicado a qualquer área em que se pretende realizar a

devida automação.

Figura 12: Sistema de distribuição de água

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5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS

Diante do estudo realizado no UNASP-EC é possível identificar que seu sistema

de abastecimento de água é deficiente, mas que no entanto pode ser modificado

diante a implementação da proposta apresentada.

Para melhoria deste sistema, a instituição deverá adequar-se as novas

tecnologias, viabilizando os recursos operacionais necessários para que o dispositivo

de controle possa funcionar plenamente, tais como o material para a instalação do

projeto, assim como treinamento que possa antecipar sua utilização.

Devido às grandes dificuldades que mostraram-se durante o andamento do

projeto relacionado ao transtorno concernente às interrupções de abastecimento de

água, o projeto torna-se muito importante para a instituição, podendo ser

implementado inclusive nos demais campus do Centro Universitário Adventista

presente em outras regiões.

Para estudos futuros, sugere-se a implementação do software para os

microntroladores e assim tornar real a idéia deste estudo, pois o mesmo trata de um

estudo de campo, visando o sistema deficiente e crítico de abastecimento de água

potável do campus UNASP-EC.

A criação de um aplicativo para dispositivo móvel onde os comandos fiquem

mais fáceis de serem usados e entendidos nesta automação, realizar a comunicação

entre os modens e o supervisório web.

33

6 – REFERÊNCIAS

AMCC. Disponível em <http://www.apm.com>, acesso em 01 de Junho de 2012.

ANDRIC, D.; NEBOJSA, M. The PIC Microcontroller, Book 1, Maio 15, 2000. Disponivel

em: <http://wlmquip.com.br/Microcontroladores.pdf>. Acesso em 28 março 2012.

ATMEL. Disponível em

<http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/default.aspx>, Acesso em 03

de Junho de 2012.

BANZATO, E.; O paradigma da automação. 2002. Disponível em:

<http://www.guialog.com.br/Artigo.htm>. Acesso em: 10 Julho 2005.

BATES, M.; Interfacing PIC Microcontrollers – Embedded Design by Interactive

Simulation. 1º Edição. Elsevier, Burlington, 2006.

CODEVISIONAVR. Disponível em <www.Codevision.be>, acesso em 4 de Junho de

2012.

DALLAS, Semiconductors. Disponível em <www.maxim-ic.com>, Acesso em 03 de

Junho de 2012.

DENVER, A.; Serial Communications in Win32, Microsoft Windows Developer Support,

1995. Disponível em:

<http://www.delt.ufmg.br/~seixas/PaginaSDA/Download/DownloadFiles/Serial.PDF>.

Acesso em 8 Abril de 2012.

DEVICE, Analog. Disponível em <http://www.analog.com/en/index.html>, Acesso em

02 de Junho de 2012.

FREESCALE. Disponível em <http://www.freescale.com>, Acesso em 04 de Junho de

2012.

GOOGLE, Disponível em <http://maps.google.com.br/maps?hl=pt-BR&tab=wl>, Acesso

em 15 de Abril de 2012.

34

INSTRUMENTS Texas. Disponível em

<http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/home.page?DCMP=TIHeaderTracking&HQ

S=Other+OT+hdr_p_micro>, Acesso em 05 de Junho de 2012.

INTEL. Disponível em <www.intel.com.br>, Acesso em 02 de Junho de 2012.

JUCA, S.C.S. Software educacional educativo para o ensino e a difusão de

microntroladores com interface USB . Revista Ciências & Cognição, 08: 22 a 28, 2009.

LABORATORIES, Silicon. Disponível em <www.silabs.com>, acesso em 01 de Junho de

2012.

MARTINS, N.A.; Sistemas Embarcados - Novatec Editora, São Paulo, 2005.

MATIC, N.; ANDRIC, D.; Microcontroladores PIC. São Paulo: mikroElektronika, 2000.

MELO, L. F., Introdução aos Microcontroladores da Familia PIC, 02/2008. 53p,

Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual de Londrina. Disponível

em: <http://bernadete.eeol.org/IVSEEL/MiniCursos/microcontroladoresPIC.pdf>

Acesso em: 1 Abril de 2012.

MICROCHIP Disponível em

<http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39632e.pdf>, Acesso em: 03

de Junho de 2012.

MICROGENIOS Disponível em

<http://www.microgenios.com/?1.12.0.0,75,smartgsm862-board-com-modulo-gm862-

gsm-gprs-telit-placa-controladora-gsm-telit.html#> Acesso em: 15 de Abril de 2012.

OSHIKIRI , F. T.M., Um Dispositivo Localizador Georeferenciado Utilizando GSM /

GPRS / SMS, 02/2008. 78p, Departamento de Engenharia Elétrica, universidade

Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico. Disponível em:

<http://www2.ele.ufes.br/~projgrad/documentos/PG2007_2/fabianotomonorimatsu

motooshikiri.pdf> . Acesso em 1 Aril de 2012.

RUSCHEL, O. T.; Princípios da Comunicação Digital. Porto Alegre: EDIPUCRS, 1996.

223p, (Coleção Engenharia 3). Disponível em:

35

<http://books.google.com.br/books?hl=pt-

BR&lr=&id=xBwute5fxNEC&oi=fnd&pg=PA9&dq=Princ%C3%ADpio+de+comunica%C3

%A7%C3%A3o+serial&ots=v6lM51zN9n&sig=aw6kXK-

lXDdTwq8Ij7AZ0O0KY3M#v=onepage&q&f=false>. Acesso em: 1 Abril de 2012.

SEMICONDUCTOR, National. Disponível em <http://www.national.com/appinfo/mcu>,

Acesso em 01 de Junho de 2012.

ZELENOVSKY, R.; MENDONÇA, A.; PC e Periféricos: um Guia Completo de

Programação" e "PC: um Guia Prático de Hardware e Interfaceamento

Interfaceamento - 2a Edição Atualizada e Revisada (1999)Disponível em:

<http://www.mzeditora.com.br/artigos/embut.htm>. Acesso em 22 Abril de 2012.