UNIVERSIDADE POSITIVO NÚCLEO DE

UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÒGICAS
ENGENHARIA ELÉTRICA
Vanessa Boumer
Willian Taborda
MONITORAMENTO AUTOMÁTICO PARA VAGAS DE ESTACIONAMENTO
Curitiba, 2008.
Vanessa Boumer
Willian Taborda
MONITORAMENTO AUTOMÁTICO PARA VAGAS DE ESTACIONAMENTO
Monografia apresentada para obtenção
de conceito parcial na disciplina de
Projeto Final do Curso de Engenharia
Elétrica da Universidade Positivo.
Orientador: Prof. Solivan Valente.
Banca: Prof. Salmo Pulstilnick
Curitiba, 2008
EPÍGRAFE
“Determinação coragem e auto-confiança são fatores decisivos para
o sucesso. Se estamos possuídos por uma inabalável determinação
conseguiremos superá-los, independentemente das circunstâncias, devemos
ser sempre humildes, recatados e despidos de orgulho.”
Dalai Lama
iii
DEDICATÓRIA
Dedicamos primeiramente a Deus, por ter nos guiado nesse caminho tão difícil
e ter nos proporcionado essa conquista.
Aos nossos pais João Boumer e Roseli do Rocio Boumer, Sueli Taborda e
Samuel Taborda, pelo esforço, dedicação e compreensão em nossa ausência.
Vanessa Boumer / Willian Taborda
Ao meu marido Fábio César Barbosa, que me apoiou e compreendeu em todos
os momentos em que estive ausente, aos meus irmãos Vanusa Aparecida
Rocio Boumer e João Rafael Boumer, pela força e confiança depositada desde
o início dessa jornada e em especial ao meu filho Vinicius Boumer Barbosa,
que é tudo na minha vida.
Ao meu amigo Willian, pela confiança, credibilidade e paciência ao longo
desses cinco anos.
Vanessa Boumer
À minha namorada Alessandra Mira Leal, por estar presente nos momentos
difíceis, pelo companheirismo, amizade e compreensão, e também à minha
querida amiga Vanessa que nesses cinco anos se mostrou uma pessoa
extremamente guerreira, e nunca deixou que qualquer desafio ou dificuldade a
derrotasse.
Willian Taborda
SUMÁRIO
iv
LISTAS DE FIGURAS ....................................................................................... vii
LISTA DE SÍMBOLOS/ABREVIATURAS/SIGLAS ........................................... viii
RESUMO............................................................................................................ix
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 1
1.1. PROBLEMA ......................................................................................... 1
1.2. JUSTIFICATIVA ................................................................................... 1
1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS................................................................ 2
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................... 3
2.1. SENSORES FOTOELÉTRICOS .......................................................... 3
2.1.1.
Princípio de Funcionamento ......................................................... 3
2.1.2. Sensores Fotoelétrico Unidirecionais............................................ 3
2.1.3. Sensores Difusos.......................................................................... 4
2.1.4. Sensores Difusos Energéticos ...................................................... 5
2.1.5.
Sensores Difusos com Supressão do Primeiro Plano................... 5
2.1.6. Sensores Difusos com Supressão de Fundo ................................ 6
2.1.7. Sensores Fotoelétrico Retro-reflexivos ......................................... 7
3. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS PRELIMINARES ...................................... 8
3.1. VISÃO GERAL ..................................................................................... 8
3.1.1.
Sensores de E/S dos Setores ....................................................... 8
3.1.2. Microcontrolador 16F628A............................................................ 8
3.1.3. Transmissor Via Rádio.................................................................. 9
3.1.4. Receptor Via Rádio....................................................................... 9
3.1.5. Microcontrolador 16F628A............................................................ 9
3.1.6.
Computador com display e base de dados ................................... 9
3.2. Descrição Funcional dos Blocos ........................................................ 10
3.2.1.
Sensores de E/S dos Setores ..................................................... 10
3.2.2. Microcontrolador 16F628A.......................................................... 11
3.2.3.
Transmissor Via Rádio................................................................ 12
3.2.4. Receptor Via Rádio..................................................................... 12
3.2.5.
Computador com display e base de dados................................. 13
3.3. DIMENSIONAMENTO E MEMORIAL DE CÁLCULO ........................ 14
3.3.1. Circuito dos Setores.................................................................... 14
3.3.2. Circuito do Receptor ................................................................... 15
3.3.3.
Cálculo dos resistores - pull down ............................................. 16
3.3.4. Cálculo dos resistores – divisor de tensão.................................. 16
3.4. PROGRAMAÇÃO .............................................................................. 17
3.4.1. Descrição Geral .......................................................................... 17
3.4.2. Planejamento .............................................................................. 17
3.4.3. Funcionamento do Microcontrolador........................................... 18
3.4.4. Funcionamento do Sistema Supervisório ................................... 19
3.4.5.
Protocolo de Comunicação ......................................................... 20
4. IMPLEMENTAÇÃO ................................................................................... 21
4.1. DESCRIÇÃO DA MONTAGEM.......................................................... 21
4.1.1. Circuito Transmissor ................................................................... 21
4.1.2. Circuito Receptor ........................................................................ 22
4.1.3.
Maquete...................................................................................... 23
4.2. TESTES, MEDIÇÕES E CONFIGURAÇÕES. ................................... 24
4.2.1. Hardware .................................................................................... 24
4.2.2. Software...................................................................................... 25
v
4.2.3.
Projeto como um tudo................................................................. 26
4.3. CÓDIGO FONTE ............................................................................... 26
4.4. PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO ....................................................... 27
5. CUSTOS DO PROJETO ........................................................................... 29
5.1. COMPONENTES E MATERIAIS ....................................................... 29
5.2. SERVIÇOS CONTRATADOS ............................................................ 29
6. CONCLUSÃO ........................................................................................... 30
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 32
APÊNDICES..................................................................................................... 34
vi
LISTAS DE FIGURAS
FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5 FIGURA 6 FIGURA 7 FIGURA 8 FIGURA 9 FIGURA 10 FIGURA 11 FIGURA 12 FIGURA 13 FIGURA 14 FIGURA 15 FIGURA 16 FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19 FIGURA 20 FIGURA 21 FIGURA 22 FIGURA 23 FIGURA 24 FIGURA 25 -
Sistema Unidirecional................................................................ 4
Sistema Difuso Energético ........................................................ 5
Sensores Difuso com Supressão do Primeiro Plano................. 6
Sistema Difuso com Supressão de Fundo ................................ 6
Sistema Fotoelétrico Retro-reflexivo ......................................... 7
Visão Geral do Sistema............................................................. 8
Descrição funcional dos Blocos............................................... 10
Sensores Unidirecionais.......................................................... 11
Microcontrolador PIC16F628................................................... 11
Transmissor RT4..................................................................... 12
Receptor RR3.......................................................................... 12
CircuitoTransmissor ................................................................ 14
Circuito do Receptor................................................................ 15
Tela disponível para usuário ................................................... 17
Diagrama do Microcontrolador ................................................ 18
Diagrama do Sistema Supervisório ......................................... 19
Vetor de dados ........................................................................ 20
Protoboard - Circuito Transmissor.......................................... 22
Protoboard - Circuito Receptor............................................... 23
Maquete - Entrada do Estacionamento ................................... 23
Stand – III Painel de Engenharia Elétrica ................................ 26
Layout - Receptor................................................................... 27
Layout - Transmissor............................................................... 27
Placa de circuito impresso - Receptor..................................... 28
Placa de circuito impresso - Transmissão ............................... 28
vii
LISTA DE SÍMBOLOS/ABREVIATURAS/SIGLAS
E/S – Entrada e saída;
VDC – Voltage Direct Current, Corrente contínua;
mA – Miliampére, unidade de corrente;
ms – Milisegundo, unidade de tempo;
A – Ampére, unidade de corrente;
VAC – Voltage Alternating Current, Corrente Alternada;
MHz – Megahertz, unidade de freqüência;
Cm – Centímetro;
khz – KiloHertz, unidade de freqüência;
µA – Microampere, unidade de corrente;
PIC – Peripheral Integrated Controller – Controlador Integrado de Periféricos;
RR3 – Super Regenerative Radio Receiver With Laser Trimmed Inductor –
Super Rádio Receptor Regenerativo com Indutor de Laser Trimer;
RT4 – Radio Transmitter Module with SAW Resonator and External Antena –
Módulo Transmissor de Rádio com Resonador e Antena Externa;
Bit – É a menor unidade de informação usada na computação;
RX – Receptor;
TX – Transmissor;
kbps – kilo bits por segundo
viii
RESUMO
Este trabalho apresenta um sistema para indicação de vagas livres
em um setor de um estacionamento. Para indicação das vagas livres, um
conjunto de sensores fotoelétricos unidirecionais é sensibilizado ao reconhecer
a presença de um veículo de médio porte. Com essa informação, o próximo
usuário é informado de quantas vagas livres estão disponíveis no setor
desejado, evitando transtornos de filas e espera.
Palavras-chave: controle de acesso, sensor fotoelétrico, trânsito.
ix
1
1.
INTRODUÇÃO
1.1.
PROBLEMA
O aumento do número de veículos em todas as grandes cidades leva à
maior demanda de número de vagas em estacionamentos comerciais. Na
busca de sistemas de automação para melhorar o atendimento aos clientes, as
grandes
redes
de
centros
comerciais,
supermercados
e
demais
estabelecimentos disponibilizam sistemas automáticos que facilitam os serviços
prestados aos usuários. Porém, hoje, as cancelas eletrônicas, pagamentos
automáticos, elevadores de veículos e outros facilitadores ainda não são
suficientes para impedir os transtornos causados pelos grandes movimentos
em locais de estacionamento.
1.2.
JUSTIFICATIVA
Com a busca constante na melhoria do atendimento das redes
comerciais aos seus freqüentadores, a automação em geral vem sendo uma
das principais aliadas do aumento de clientes e da melhoria da qualidade do
atendimento e comodidade ao público.
Em complemento aos aparelhos já existentes em vários ambientes de
estacionamento, o trabalho proposto tem o alvo de ampliar os serviços
facilitadores já existentes, com a redução do tempo perdido em busca de vagas
livres para estacionar. Encontrar locais livres para estacionar pode tornar-se
uma tarefa um tanto complicada, devido às diversas formas de organização
das vagas, muitas vezes com diversos pisos, seções e andares. O usuário nem
sempre consegue prever em quais desses ambientes existe o maior movimento
e, conseqüentemente, tem dificuldade de encontrar o local adequado para
deixar seu veículo.
2
1.3.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
O desenvolvimento do sistema tem como objetivo facilitar a entrada do
usuário em um estacionamento, indicando quantas vagas disponíveis há em
cada setor.
A detecção do automóvel é realizada através de dois conjuntos de
sensores fotoelétricos unidirecionais instalados na entrada da seção, com uma
distância que comprove a passagem do veículo; a passagem de pedestres não
interfere na contagem de veículos presentes. Ao ser confirmada a passagem
do veículo, é incrementada a contagem do número de vagas ocupadas.
Os sinais desses sensores são processados e tratados por um
microcontrolador com um programa desenvolvido especificamente para reunir
as informações e, em um determinado intervalo de tempo, transmiti-las através
de um circuito transmissor de rádio por alguns metros. O pacote de
informações é recebido pela etapa receptora de rádio e será enviado ao
microcomputador via canal serial. Essas informações são então processadas
por um programa desenvolvido em linguagem C++, que tem o objetivo de
mostrar ao usuário quantas vagas disponíveis há em cada setor.
São instalados também, em cada saída do setor do estacionamento,
mais dois conjuntos de sensores fotoelétricos, separados por uma distância
para detecção somente de automóveis, com a função de decrementar a
contagem, atualizando a informação ao próximo usuário sobre a quantidade de
vagas livres no setor em questão.
Para que o sistema seja implantado, é considerada a seguinte restrição
ao estacionamento: para a primeira indicação, ou seja, ao início da utilização
do estacionamento, tem que ser informadas ao sistema quantas vagas livres há
em todos os setores.
3
2.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1.
SENSORES FOTOELÉTRICOS
Os sensores fotoelétricos ou óticos (SICK Soluções em Sensores,
2005, p. 5) são fabricados com a facilidade de emitir e receber a irradiação de
luz infravermelha modulada com a função de alterar seu estado de saída inicial
na interrupção ou presença de acionador.
Sensores fotoelétricos são utilizados em inúmeras aplicações, desde
fabricantes de máquinas á indústria automobilísticas, envolvidas nas aplicações
mais complexas.
2.1.1. Princípio de Funcionamento
Seu funcionamento é baseado na emissão e recepção de luz
infravermelha podendo ser visível ou não ao ser humano, que pode ser
interrompida ou refletida pelo acionador.
Os sensores fotoelétricos são compostos de dois sistemas básicos:
um diodo emissor de luz infravermelha e um foto transistor, receptor de luz
infravermelha, onde operam com freqüência de emissão e recepção modulada,
sem que haja interferência externa de outros tipos de fontes de luz.
Os
sensores
fotoelétricos
são
classificados
em
três
tipos:
unidirecional também, conhecido como barreira, difuso e sistema retroreflexivo.
2.1.2. Sensores Fotoelétrico Unidirecionais
Os sensores unidirecionais são formados por duas unidades
independentes, conforme figura 1, o módulo emissor e o módulo receptor. A luz
emitida pelo módulo emissor é recebida pelo módulo receptor. Caso ocorra
uma interrupção deste feixe de luz, o módulo receptor comuta sua saída.
Estes sensores são mais imunes objetos indesejáveis, como por
exemplo, névoa, respingos de água, fumaça, poeira em suspensão.
4
FIGURA 1 - Sistema Unidirecional
Emissor
Receptor
Fonte: (Sick Soluções em Sensores 2005, p. 5)
A distância sensora nominal no sistema unidirecional é conhecida
com a maior distância encontrada entre todas as categorias. Hoje existem
sensores com uma distância de 350 metros.
2.1.3. Sensores Difusos
No sistema difuso, o receptor e emissor estão compostos em um
mesmo conjunto e os feixes infravermelhos emitidos refletem sobre a superfície
do objeto e retorna ao elemento receptor, provocando o chaveamento
eletrônico.
A distância sensora nominal depende do objeto a ser detectado, as
características como cor, tonalidade e tipo de superfície influenciam na
determinação da distância. Em alguns sensores encontramos distâncias de até
3 metros.
A linha de difuso possui 3 divisões de sensores, sendo: sensores
difusos energéticos, sensores difusos com supressão de fundo e supressão do
primeiro plano.
5
2.1.4. Sensores Difusos Energéticos
São sensores que compõe uma solução com custo reduzido. Estas
fotocélulas operam com o princípio de reflexão da luz, ou seja, ele emite uma
quantidade de energia luminosa e caso esta luz encontre um obstáculo, no
caso o alvo, a luz é refletida e o sensor detecta esta quantidade de energia
refletida, veja figura 2. Como podemos concluir, a quantidade de energia
luminosa refletida depende da cor e textura do alvo, portanto, uma superfície
branca reflete mais do que uma superfície preta, uma superfície polida reflete
mais do que uma superfície áspera. Estas variações podem ser compensadas
por um ajuste de sensibilidade feito por um potenciômetro normalmente
presente no corpo do sensor.
FIGURA 2 - Sistema Difuso Energético
Fonte: (Sick Soluções em Sensores 2005, p. 6)
2.1.5. Sensores Difusos com Supressão do Primeiro Plano
Sensores com supressão do primeiro plano são utilizados para
detectar objetos dentro de uma distância pré definida, não tendo influência ou
textura do objeto, verifique figura 3. Todos os objetos entre a distancia prédeterminada e o sensor são detectados. A supressão de fundo é conseguida
por meio do arranjo geométrico do emissor e receptores.
São mais utilizados na detecção de objetos com superfícies
instáveis, tanto em coloração quanto formato e textura.
6
FIGURA 3 - Sensores Difusos com Supressão do Primeiro Plano
primeiro
plano
E1
E2
Fonte: (Sick Soluções em Sensores 2005, p. 6)
2.1.6. Sensores Difusos com Supressão de Fundo
De acordo com a figura 4, verifica-se que o princípio de
funcionamento de uma fotocélula com supressão de fundo é baseado na
relação geométrica entre o emissor e os elementos receptores. O acionamento
é ajustado para detectar o objeto localizado em plano/posição. Sinais
provenientes do que esta atrás desta posição é suprimida. Muitas vezes a
distância de detecção é ajustável eletrônica ou mecanicamente e aplicação
típica é a detecção precisa de objetos de cor escura frente a um fundo claro.
FIGURA 4 - Sistema Difuso com Supressão de Fundo
FUNDO
branco = 90%
Fonte: (Sick Soluções em Sensores 2005, p. 7)
7
2.1.7. Sensores Fotoelétrico Retro-reflexivos
Sensores fotoelétricos retro-reflexivos operam pelo princípio de
polarização da luz emitida. Como se sabe, a luz é formada por fótons, que
oscilam em todas as direções. Em frente ao semicondutor emissor há um filtro
polarizador que permite a passagem da luz apenas em um plano horizontal. Ao
detectar um objeto comum, a luz é refletida no mesmo plano. Mas na frente do
receptor há um segundo filtro polarizador que permite a entrada apenas da luz
oscilante na vertical, portanto o sensor não comuta. Para o funcionamento
deste tipo de sensor é necessário um alvo específico: o espelho prismático,
conforme figura 5.
Este tipo especial de espelho tem a propriedade de rotacionar a luz
em 90°. Portanto, a luz sai do sensor polarizada na horizontal, ao atingir o
espelho ela é rotacionada em 90°, passando então a oscilar na vertical,
retornando também neste plano. Ao atingir o segundo filtro polarizador este não
exerce restrição à passagem da luz, comutando assim o sensor. Portanto
pode-se concluir que o sensor retro-reflexivo trabalha inversamente ao sensor
energético, ou seja, o sensor retro-reflexivo detecta um alvo específico, e não o
objeto a ser detectado. Os sensores retro-reflexivo são operam pelo princípio
de "quebra de feixe" detectam qualquer tipo de material que consigam bloquear
sua luz.
FIGURA 5 - Sistema Fotoelétrico Retro-reflexivo
Fonte: (Sick Soluções em Sensores 2005, p. 8)
8
3.
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS PRELIMINARES
3.1.
VISÃO GERAL
Para uma visão geral do sistema, verifique a figura 6. Segue também
uma breve descrição para cada item que compõe o sistema.
FIGURA 6 - Visão Geral do Sistema
Fonte: Própria
3.1.1. Sensores de E/S dos Setores
Os sensores de entrada e saída dos setores são responsáveis pela
detecção dos automóveis. Através do seu sinal é incrementada ou
decrementada a contagem do número de vagas disponíveis.
3.1.2. Microcontrolador 16F628A
O microcontrolador recebe os sinais disponibilizados pelos sensores,
realizando todo tratamento de sinal, indicando ao transmissor qual conjunto de
sensores foram acionados, tanto de entrada ou saída.
9
3.1.3. Transmissor Via Rádio
O transmissor via rádio recebe os sinais do microcontrolador com a
codificação do sensor via chave dip switch de oito canais.
A comunicação entre o microprocessador e o transmissor é de forma
serial, ou seja, bit a bit.
3.1.4. Receptor Via Rádio
O receptor via rádio recebe os sinais codificados que foram emitidos
pelo transmissor e os disponibiliza para o tratamento necessário.
3.1.5. Microcontrolador 16F628A
Utilizando o mesmo microcontrolador para a recepção dos sinais
disponibilizados pelo receptor, são realizados as comparações devidas e
informar o sistema supervisório, em qual setor houve uma movimentação.
3.1.6. Computador com display e base de dados
No computador tem um programa supervisório, o qual é informado
ao usuário as informações pertinentes dos setores.
10
3.2.
DESCRIÇÃO FUNCIONAL DOS BLOCOS
Para um melhor entendimento do sistema para o controle de vagas
livres, segue figura 7 e descrição detalhada de cada bloco funcional.
FIGURA 7 -
Descrição funcional dos Blocos
Fonte: Própria
3.2.1. Sensores de E/S dos Setores
Os sensores de entrada e saída são sensores fotoelétricos
unidirecionais com uma tensão de alimentação entre 10 a 30 VDC (Voltage
Direct Current) assim como sinal de acionamento. O chaveamento da saída do
sensor é realizado através de um transistor PNP que está contido no próprio
encapsulamento do elemento.
O modelo utilizado é VS/VE18-4P3240, fabricante SICK, conforme
mostrado na figura 8. Seu alcance é de até 20 metros ajustável, corrente de
consumo é de aproximadamente 30mA e seu tempo de resposta é inferior a
2ms.
A alimentação do componente é realizada por uma fonte com
entrada 110/220VAC (Voltage Alternating Current) e saída 12VDC com uma
corrente de 1A.
11
FIGURA 8 -
Sensores Unidirecionais
Fonte: Sick Soluções em Sensores, 2008.
3.2.2. Microcontrolador 16F628A
O componente utilizado na transmissão e recepção de sinais é o
modelo PIC16F628A fabricado pelo Microchip Tecnology, com 18 pinos, cuja
pinagem é apresentada na figura 9. A alimentação é de 2 a 6 VDC, com
consumo máximo de corrente de 220µA.
Sua função é coletar os dados dos sensores, tratar os sinais e enviálos para o transmissor de rádio, receber os dados do receptor de rádio e
decodificá-los para realizar as comparações necessárias e informar ao
supervisório em qual setor houve circulação de veículos.
FIGURA 9 -
Microcontrolador PIC16F628
Fonte: Data sheet PIC16F628
12
3.2.3. Transmissor Via Rádio
O transmissor utilizado é o modelo RT4 (ROGERCOM, 2006) do
fabricante Telecontroll, conforme figura 10. Sua freqüência de operação é de
433,92MHz e seu alcance máximo é de 100 metros sem obstáculos, a antena
utilizada para esse módulo tem um comprimento de 17,5cm construída com um
fio rígido de cobre.
A alimentação é do mínimo 2VDC até no máximo 14VDC com um
consumo de corrente 4mA. A largura de banda para transferência de dados é
de até 4kHz.
FIGURA 10 - Transmissor RT4
Fonte: Data Sheet Telecontrolli
3.2.4. Receptor Via Rádio
O receptor empregado é o modelo RR3 (ROGERCOM, 2006) do
fabricante Telecontrolli, veja figura 11. Sua freqüência de operação é de
433,92MHz e seu alcance máximo é de 100m sem obstáculos, a antena
utilizada para esse módulo tem um comprimento de 17,5cm construída com um
fio rígido de cobre.
A alimentação é do mínimo 4,5VDC até no máximo 5,5VDC com um
consumo de corrente 3mA. A largura de banda para transferência de dados é
de até 2kHz.
FIGURA 11 - Receptor RR3
Fonte: Data Sheet Telecontrolli
13
3.2.5. Computador com display e base de dados
O programa para controle automático das vagas pode ser utilizado
em qualquer máquina de uso comercial, desde que tenha porta de
comunicação serial ou acessório para esta função.
Neste supervisório, há uma tela para que o administrador do sistema
insira os dados necessários para inicialização do sistema, ou seja, o número de
vagas livres. Após esta etapa, o sistema passa a informar no próprio display da
máquina, o número de vagas disponíveis em cada setor.
14
3.3.
DIMENSIONAMENTO E MEMORIAL DE CÁLCULO
3.3.1. Circuito dos Setores
A figura 12 apresenta o circuito transmissor do sinal via rádio dos
sensores. Quando sensibilizados os sensores, o sinal de 12VDC passa por um
divisor de tensão que por sua vez envia o sinal ao microcontrolador PIC16F628
que o processa e transmite os pacotes de dados via rádio através do módulo
RT4.
FIGURA 12 -
CircuitoTransmissor
Fonte: Própria
Cada circuito transmissor tem um endereço pré-definido por uma dip
switch de três chaves; para esta configuração poderemos ter até 8 circuitos
transmissores para cada receptor.
Todos os pinos de entrada de dados possuem um resistor pull down
para que na ausência de sinal a entrada não fique flutuante, e, além disso, há
um cristal oscilador de 10MHz para proporcionar o clock necessário para o
microcontrolador. E também uma fonte de 12VDC para alimentar o sensores e
15
um regulador de tensão de 5VDC para alimentação do microcontrolador e
módulo transmissor.
3.3.2. Circuito do Receptor
A figura 13 apresenta o circuito receptor do sinal de rádio. Depois de
recebida a seqüência de dados através do módulo RR3, a informação é
transferida ao microcontrolador PIC que processa os dados e os envia
serialmente ao microcomputador.
O circuito é simples e além da alimentação é necessário um
oscilador de 10MHz para inserir o clock no microcontrolador.
FIGURA 13 -
Circuito do Receptor
Fonte: Própria
16
3.3.3. Cálculo dos resistores - pull down
I
V
R
' máx
= 20 mA
= 5V
mín
=
I
mín
R
escolhida
=
máx
= 250
R
I =
V
5
0 , 020
Ω
= 1kΩ
5
1000
= mA
Dado que a porta do microcontrolador PIC suporta 20mA.
3.3.4. Cálculo dos resistores – divisor de tensão
Vativação = 5V = 12.
R1
R1 + R2
os valores comerciais
R 1 = 4,7kΩ e R 2 = 8,2kΩ
resultam em :
Vativação = 4,37V que atende o nível de tensão desejado.
Que é a tensão necessária para ativar os pinos do microcontrolador PIC.
17
3.4.
PROGRAMAÇÃO
3.4.1. Descrição Geral
Nesse projeto, teremos três programas distintos interagindo entre si.
Para o tratamento dos sinais provindos dos sensores, temos o programa
implementado no PIC (Peripheral Integrated Controller), desenvolvido em
linguagem C através da ferramenta de programação PICC/ICPROG. Este é
responsável em adquirir os sinais dos sensores analisando o endereçamento
do sinal recebido. Para a análise dos estados dos sensores do setor em
questão, é necessário mais um programa desenvolvido no PIC implementado
mesmas condições citadas no programa anterior.
Para a continuidade do processo, o programa supervisório desenvolvido
em linguagem C++ utilizado com a ferramenta de programação Borland Builder
C++, é responsável em disponibilizar ao usuário as informações que foram
tratadas, ou seja, a interface gráfica que o usuário visualiza.
3.4.2. Planejamento
FIGURA 14 -
Tela disponível para usuário
Fonte: Própria
18
3.4.3. Funcionamento do Microcontrolador
Na figura 15, apresenta-se o fluxograma completo do funcionamento do
microcontrolador, para a operação do sistema complete o ciclo de
funcionamento.
FIGURA 15 -
Diagrama do Microcontrolador
N
S
VERIFICA SE O
VEÍCULO ENTROU
OU SAIU
Fonte: Própria
19
3.4.4. Funcionamento do Sistema Supervisório
Para o funcionamento do sistema supervisório, deve ser seguido todos
os passos descritos no diagrama, conforme figura 16.
FIGURA 16 -
Diagrama do Sistema Supervisório
INÍCIO
Solicita a informação
do número de vagas
disponíveis em todos
os setores
Lê os
dados na
porta serial
Atualiza os
dados de
informação ao
usuário
Envia para o
display
Fonte: Própria
20
3.4.5. PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO
Para o sistema, foi desenvolvido um protocolo de comunicação de
vetores de dados entre os microcontroladores.
Na transmissão via rádio, foi necessário criar um vetor de dados de 12
bits, o qual carrega o endereço de cada placa transmissora; o mesmo é
composto de um bit de inicialização e três bits com endereço da respectiva
placa. As quatro posições seguintes levam um dado padrão que informa a
entrada ou saída de um veículo, os últimos quatro bits repetem o bit de
inicialização e o endereço da placa; este vetor é enviado duas vezes para
verificação de erros que podem ocorrer no sistema de rádio, devido a
interferências. A figura 17 mostra o modelo do vetor.
FIGURA 17 - Vetor de dados
Fonte: Própria
Na recepção do sinal, o pacote é recebido duas vezes para a realização
dos testes de erros, com o objetivo de verificar se a informação inicial sofreu
interferência.
21
4.
IMPLEMENTAÇÃO
4.1.
DESCRIÇÃO DA MONTAGEM
Para implementação do hardware foi necessário utilizar dois circuitos
distintos montados separadamente.
4.1.1. Circuito Transmissor
Para o circuito transmissor, a alimentação da placa é de 5VDC e para a
verificação da energização da mesma tem um led integrado ao circuito.
Já para alimentação dos sensores é necessária uma fonte de 12VDC,
sendo que eles podem ser alimentados entre 10 a 30VDC. Porém para
utilizarmos o sinal de acionamento do sensor, tivemos que projetar divisores de
tensão, pois para utilizarmos a entrada do microcontrolador PIC16F628 temos
que ter apenas 5VDC. Ou seja, toda vez que um sensor for acionado, o sinal
passará por um divisor de tensão que é composto por dois resistores (8,2kΏ e
4,7kΏ), disponibilizando assim o sinal necessário para ativar o pino do
microcontrolador. E para garantir a estabilidade de alimentação desse circuito
microcontrolador, utiliza-se um regulador de tensão LM 7805.
Assim que são ativados os pinos de entrada do PIC, o mesmo faz um
tratamento de sinal para verificação se o sinal recebido é o esperado. Para
realizar esse tratamento, definiu-se que o código inicial é definido pela dip
switch, seguido do código dos sensores e código final, que deve ser o mesmo
que o inicial setado. O objetivo desse tratamento é garantir que o circuito não
sofra interferências de outros circuitos presentes.
O microcontrolador é responsável pelo tratamento dos sinais dos
sensores, ou seja, ele indica se os sensores acionados são da entrada ou da
saída do estacionamento, se realmente foi um carro que passou pelo trajeto, se
o carro entrou ou saiu do estacionamento pelo lugar indicado, se o carro
cumpriu o trajeto de entrada ou saída, e outras anomalias.
Após todas essas avaliações, se o sinal recebido estiver correto, o sinal
é emitido pelo transmissor via rádio freqüência.
22
Caso o sinal esteja incorreto, ou receba interferências, nada é feito.
Na figura 18, temos o circuito montado em protoboard onde verificamos
os sinais de entrada do sensor, os sinais recebidos pela dip switch e o
transmissor RT4, responsável pela transmissão rádio freqüência.
FIGURA 18 -
Protoboard - Circuito Transmissor
Fonte: Própria
4.1.2. Circuito Receptor
Já para a placa receptora utilizaremos somente a alimentação de 5VDC,
e para a identificação da energização teremos um led aceso.
O RR3 é responsável pela recepção do sinal via rádio freqüência, e o
tratamento do sinal é realizado através de um outro microcontrolador acoplado
no mesmo protoboard. Esse tratamento é responsável em comparar erros,
endereçamento e qual setor ocorreu à passagem do veículo (setor A ou setor
B). Após feita análise é enviado os dados para o microcomputador via serial.
Porém, para tornar possível a troca de sinais ou informações entre o
microcontrolador e o microcomputador é necessário ajustar o nível dos sinais,
pois os níveis lógicos do microcontrolador é 5VDC para nível lógico 1 e 0VDC
para o nível lógico 0, e para o microcomputador 10VDC é para o nível lógico 0
e -10VDC para o nível lógico 1. Para
realizar esse ajuste é necessário a
utilização de um circuito integrado MAX232, que é um conversor de nível de
dois canais de recepção e dois de transmissão. Cada canal receptor converte
os sinais provenientes da porta serial para o nível 5VDC, e cada canal
transmissor converte as entradas em nível 5VDC para níveis compatíveis a
porta serial do microcomputador.
23
A figura 19, apresenta o circuito montado em protoboard onde verificamse o receptor RR3, o microcontrolador (responsável pelo tratamento dos
sinais), os leds indicando o sinal recebido e o circuito integrado MAX232.
FIGURA 19 -
Protoboard - Circuito Receptor
Fonte: Própra
4.1.3. MAQUETE
Para simular o funcionamento de um estacionamento real, foi projetada
uma maquete simples de madeira, mostrada na figura 20.
Na maquete foram instalados apenas dois conjuntos de sensores
(emissor e receptor), que através da passagem do veículo indica o sentido de
entrada ou saída do estacionamento.
Cada conjunto de sensores foi instalado a uma distância tal, que um não
interfira na funcionalidade do outro, conforme figura abaixo.
FIGURA 20 -
Maquete - Entrada do Estacionamento
Fonte: Própria
24
4.2.
TESTES, MEDIÇÕES E CONFIGURAÇÕES.
4.2.1. HARDWARE
Foi realizada a montagem do microcontrolador, com os componentes
que permitem o funcionamento correto do mesmo. Ainda nessa etapa foram
criados vários programas para comprovação de diversos modos de
funcionamento. Os programas foram testados por meio de push bottons e leds.
Com isso, foi concluído que o circuito opera da forma esperada.
Para o circuito transmissor e receptor, foram realizados testes de envio e
recepção de um sinal qualquer para comprovação do correto funcionamento.
Visto que ambos os circuitos não necessitam de uma montagem típica para
operar em modo de teste.
No transmissor foi utilizado um push button e um resistor de pull down
para simular um sinal qualquer a ser transmitido e para o receptor apenas um
led para indicar o sinal recebido. Nessa etapa não foi utilizado nenhum
dispositivo ou elemento como antena, pois os testes foram realizados em
pequenas distâncias.
Seguindo a idéia do projeto, a qual, através de sensores precisamos
indicar o sentido de entrada e saída do estacionamento, foi projetada uma
maquete para executar a simulação. Para essa simulação os sensores foram
posicionados a uma distância tal, para que não ocorram interferências entre
pares (emissor e receptor) distintos, e também para que o programa possa
interpretar os sentidos de passagem do veículo (entrada e saída).
Para a transmissão de dados para o microcomputador, foi projetado
junto à etapa de recepção do sinal via rádio freqüência, um circuito buffer para
equipotencializar
e
isolar
o
microcontrolador
e
a
porta
serial
do
microcomputador, pois os dados seguirão via serial RS232 através de um cabo
padrão deste protocolo.
25
4.2.2. SOFTWARE
Para a implementação de todo o sistema, foram desenvolvidos três
programas distintos que se comunicam via rádio freqüência e RS232.
O padrão RS232 (Recommended Standard) especifica as tensões,
temporizações e funções dos sinais, um protocolo para troca de informações
que limita a taxa de transmissão a 20 Kbps em distâncias de até 10 metros.
O teste de software se iniciou na implementação de um programa para
comunicação serial entre os microcontroladores sem a utilização do protocolo
já existente na biblioteca do circuito integrado.
Nessa simulação foi utilizada a transmissão via rádio freqüência, pois o
protocolo apresentou instabilidade e era necessário que nenhum fator externo
interferisse na otimização e desenvolvimento do programa.
Foram utilizadas rotinas de interrupção tanto no software para
transmissão quanto no de recepção. Foram desenvolvidos vetores para o
armazenamento dos dados e então a partir de um set na interrupção este vetor
é transferido sequencialmente com uma base de tempo semelhante a do outro
circuito, executando a transferência do pacote completa (transmissor e
receptor). Na recepção o pacote de dados é testado a fim de conferir se houve
algum erro na transmissão.
Quando pronto o protocolo de transmissão, se inicia os testes para
simulação da rotina do estacionamento. Para isso o programa de transmissão
foi aprimorado para que em conjunto com os sensores, possa reconhecer a
entrada ou saída do veículo.
O programa de recepção passa a tratar os erros e posteriormente
encaminha-los ao terceiro programa, que é a interface gráfica entre o usuário e
o sistema.
A interface de visualização foi desenvolvida em Borland C++ Builder, o
intuito principal é proporcionar ao usuário um reconhecimento simples, fácil e
rápido do número de vagas disponíveis em cada setor.
O vetor de dados é recebido pelo microcomputador, então o programa já
reconhece qual setor enviou a informação e se a variável de contagem do setor
correspondente deve ser incrementada ou decrementada.
26
4.2.3. PROJETO COMO UM TODO
Para melhor visualização de funcionamento de um estacionamento, foi
projetada uma maquete já com os sensores instalados onde é possível simular
uma entrada e uma saída e todas as situações possíveis que os usuários
possam causar, como pessoas entrando ou saindo em locais destinados a
carros, veículos entrando ou saindo por lugares não correspondentes, veículos
parados por tempo indeterminado entre os sensores, encontros de usuários em
manobras indevidas entre os sensores, conforme figura 21.
Acoplado a maquete está o circuito de transmissão que é responsável
pela recepção e tratamento dos sinais de sensores, posteriormente enviando
ao receptor a informação se o veiculo entrou ou saiu do estacionamento.
Na etapa de recepção, há uma verificação de erros e envio do pacote
para o microcomputador que disponibilizará as informações ao usuário.
FIGURA 21 - Stand – III Painel de Engenharia Elétrica
DISPLAY-PC
TX
RX
MAQUETE
SENSORES
Fonte: Própria
4.3.
CÓDIGO FONTE
Código fonte para todos os circuitos, verificar apêndice.
27
4.4.
PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO
Segue nas figuras 22 e 23, layout das placas de circuito impresso do
receptor e transmissor.
FIGURA 22 - Layout - Receptor
Fonte: Própria
FIGURA 23 - Layout - Transmissor
Fonte: Própria
28
Já nas figuras 24 e 25 temos os circuitos já impressos e montados com
seus devidos componentes.
FIGURA 24 - Placa de circuito impresso - Receptor
Fonte: Própria
FIGURA 25 - Placa de circuito impresso - Transmissão
Fonte: Própria
29
5.
CUSTOS DO PROJETO
5.1.
COMPONENTES E MATERIAIS
A tabela 1 ilustra os custos de todo o projeto. Desde os componentes
mais simples como resistores até serviços contratados como a maquete.
Tabela 1 - Custos
Material
Custo
Qtd.
Total
RR3‐RT4
R$ 60,00
1
R$ 60,00
PIC16F628
R$ 7,00
2
R$ 14,00
Componentes (capacitores, resistores, chaves..)
R$ 50,00
1
R$ 50,00
Fonte de alimentação
R$ 30,00
2
R$ 60,00
Gravador do microprocessador
R$ 10,00
1
R$ 10,00
Conectores DB9
R$ 0,50
1
R$ 0,50
Cabo para transmissão serial
R$ 5,00
2
R$ 10,00
Placa de fenolite
R$ 1,00
3
R$ 3,00
Maquete
R$ 500,00
1
R$ 500,00
Total Geral
R$ 707,50
Fonte: Própria
Os valores dos sensores não foram mencionados, pois foram fornecidos
pela empresa Similar Tecnologia e Automação, distribuidora da linha SICK. O
custo de cada conjunto de sensor é de R$ 300,00 e cada conjunto de
conectores e cabo para alimentação dos sensores é de R$ 50,00, totalizando
em R$ 3.200,00.
5.2.
SERVIÇOS CONTRATADOS
Um dos serviços contratados foi a execução da maquete, que tem o
objetivo de tornar o sistema de controle de vagas compreensível pelo público
em geral.
A maquete é uma ferramenta eficaz para divulgação e
comercialização
de um produto, pois através dela é possível verificar o efeito sistema de
monitoramento em funcionamento.
30
6.
CONCLUSÃO
No decorrer do desenvolvimento do projeto, foi necessário rever muitos
conceitos estudados ao longo do curso de graduação, pois foi utilizadas desde
a simples lei de ohm até uma programação avançada.
O projeto realizado busca proporcionar uma maior comodidade ao
público freqüentador de estabelecimentos comerciais, supermercados e demais
estabelecimentos.
Apesar do controle de estacionamento não ser nenhuma novidade no
mercado, pois muitos estacionamentos já disponibilizam sistemas automáticos
que facilitam os serviços prestados aos usuários, o controle de fluxo
normalmente é realizado manualmente, ou seja, uma pessoa fica controlando a
entrada e saída do veículo e quando lotado informa através de placas.
Mas os sistemas já existentes, não garantem que a informação de lotado
está correto, considerando que a movimentação dos veículos pode ser intensa.
Com isso foi desenvolveu-se esse trabalho, com a capacidade de indicar
e assegurar quantas vagas livres existe em cada setor de estacionamento.
Para assegurar essa foram utilizados dois conjuntos de sensores
unidirecionais em cada entrada e saída do estacionamento e o tratamento dos
sinais foi realizado com o microcontrolador PIC16F628, indicando ao
transmissor qual conjunto de sensores foi acionado, tanto de entrada como de
saída. A comunicação entre o microcontrolador e o transmissor ocorre de forma
serial, ou seja, bit a bit. O receptor via rádio recebe os sinais codificados que
são emitidos pelo transmissor e os disponibiliza para o tratamento necessário.
Utilizando
o
mesmo
microcontrolador
para
a
recepção
dos
sinais
disponibilizados pelo receptor, são realizadas as comparações devidas e a
informação o sistema supervisório, no setor em que houve uma movimentação.
No computador há um programa supervisório, o qual informa ao usuário as
informações pertinentes dos setores.
Para propostas futuras, um dos primeiros pontos é alteração da
freqüência de transmissão, no trabalho é utilizada a mesma freqüência de
controle de alarme para carro onde apresentou interferências durante todo o
ano.
31
Outra melhoria será criar sistemas com baterias para não apresentar
falha na falta de energia, ou ainda monitorar o estacionamento por vagas, ou
seja, indicar qual vaga está livre e não quantas.
Apesar das diversas dificuldades e adversidades encontradas no
decorrer da execução desse projeto, a disciplina e assiduidade foi um
facilitador para a resolução dos problemas e conclusão do projeto.
32
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BOYLESTAD, R.L.; NASHELSKY.L..Dispositivos Eletrônicos e Teoria de
Circutos. 8. ed. Prentice Hall Do Brasil, 2004.
MEDEIROS, Leonardo N. VENDRAMINI, Thaís R. M.G, SISTEMA DE
CONTROLE DE ACESSO DE VEÍCULOS: 2006. 107p. Dissertação (Programa
de Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Positivo, Curitiba, 2007.
MONTENEGRO, FERNADO / PACHECO, ROBERTO. Orientação a objetos
em C++, Editora Ciência Moderna Ltda, 1994.
RASHID, M.H. Eletrônica de Potência: circuitos, dispositivos e aplicações.
Makron Books, 1999.
SICK SOLUÇÕES EM SENSORES. Sensores Industriais, São Paulo, v.8,
p.5-8, 2005.
MASSACHUSETTS,
Waltham.
Eletrônica.
Disponível
em:
http://www.angelfire.com/ma/telesemarinho/B.html Acessado em 21/03/2008;
MESSIAS, Antônio Rogério. Porta Paralela. Disponível em:
http://www.rogercom.com/pparalela/LptWireless.htm Acessado em 21/03/2008;
ROSA,
Helio
Fonseca.
Comunidade
Wireless
do
Brasil.
Disponível
em: http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/secoes/blog_rfid/rfid_abr_06.html
Acessado em 21/03/2008;
SABER
ELETRÔNICA
ON
LINE.
Desenvolvida
pela
Editora
Saber,
Microssensores Fotoelétricos, 2008. Disponível em:
http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/667 Acessado em 20/05/2008;
SICK, Sensores Industriais, 2007. Disponível em:
http://www.sick.com.br/br/produtos/sensoresindustriales
20/05/2008
Acessado
em
33
TELECONTROLLI, Circuito Receptor RR3. Disponível em:
http://www.telecontrolli.com/pdf/receiver/rr3.pdf Acessado em 22/05/08;
TELECONTROLLI, Circuito Transmissor RT4. Disponível em:
http://www.telecontrolli.com/pdf/transmissor/rt4.pdf Acessado em 22/05/08;
WIKIPEDIA, Microcontrolador, 2008. Disponível em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador Acessado em 21/03/2008;
34
APÊNDICES