Fazer o do Arquivo PDF - Universidade Federal do Paraná

Сomentários

Transcrição

Fazer o do Arquivo PDF - Universidade Federal do Paraná
SOLUÇÃO ELETRÔNICA PARA SUBSTITUIÇÃO DE SENHAS DE
PAPEL EM RESTAURANTES E PRAÇAS DE ALIMENTAÇÃO
Célia Marli Tokarski e Rodrigo Amaral Seger
Curso de Engenharia Elétrica – Universidade Federal do Paraná
Curitiba – Paraná - Brasil
E-mail: [email protected] e [email protected]
Situação 1: ao usufruir da infra-estrutura das
praças de alimentação de shopping centers, o
convívio com as senhas de papel é absolutamente
natural. O procedimento básico consiste em três
etapas: dirigir-se ao restaurante, por exemplo, efetuar
a compra e, então, receber um ticket impresso,
contendo sua ordem de serviço (senha). Feito isso, o
cliente dirigi-se à mesa mais próxima e, então,
aguarda seu pedido ficar pronto. Quando isso ocorre,
o funcionário digita em um terminal a ordem de
serviço correspondente ao pedido que está pronto e,
então, um sistema eletrônico envia esse código
diretamente a um painel com displays de sete
segmentos que emitem a numeração digitada. O
cliente, ao observar sua senha emitida pelo display,
vai de encontro ao balcão e retira sua encomenda.
Situação 2: para limitar e organizar o processo de
atendimento em seus estabelecimentos, diversos
restaurantes utilizam o sistema de senha seqüencial
impressa. Neste caso, a rotina é da ordem do cliente
chegar ao local, retirar uma senha e aguardar ou ser
chamado oralmente pelo número da senha, ou ainda
ficar observando um painel com displays de sete
segmentos que, também de forma seqüencial, emitem
a “senha da vez”. Uma vez reconhecida sua senha,
seja por chamado ou por visualização em display, o
cliente dirigi-se ao determinado fim.
Como visto, o método mais comum utilizado para
controle de fluxo de clientes e pedidos é o da
impressão de senhas seqüenciais em papel e o
anúncio de forma geral da mesma.
Esse sistema, além de relativamente barato, é ágil
e fácil de ser implementado, tornando-se agradável e
eficiente para os proprietários dos estabelecimentos
em si. No entanto, analisando o ponto de vista do
cliente, não se tem necessariamente os mesmos
benefícios. Por exemplo, o fato de o cliente ter que
obrigatoriamente ficar próximo ao local onde
comprara sua refeição ou próximo ao local onde será
avisado da viabilidade de seu atendimento, para
Resumo: este artigo tem como objetivo
demonstrar a aplicação de um sistema de
transmissão sem fios em praças de alimentação e
restaurantes, substituindo as atuais senhas de papel
por um sistema mais moderno e agradável ao
consumidor. A transmissão é realizada via rádiofreqüência, em 433 MHz. Para isto, utiliza módulos
de transmissão e recepção codificados através de
um sistema microcontrolado, acionados via
software e projetados para a específica aplicação.
Palavras-chave: senha, transmissão, recepção,
codificador, decodificador, hardware, software e
firmware.
ELECTRONIC SOLUTION FOR CURRENT TICKETS
SYSTEM REPLACEMENT ON RESTAURANTS AND
FOOD COURTS
Abstract: this article was created to demonstrate
the use of a wireless transmission in shopping
malls’ food courts and restaurants, in order to
replace the current “ticket-in-paper” system to a
more modern and agreeable one for the costumers.
The transmission is led by radio-frequency in 433
MHz. For this, it uses encoded transmitters and
receivers in a micro controlled procedure, set by
software e designed specifically for this application.
Keywords: ticket, transmission, reception,
encoder, decoder, hardware, software and firmware.
INTRODUÇÃO
Dado o atual contexto socioeconômico que as
empresas de modo geral se encontram, com um
elevado nível competitivo entre elas, o tempo e a
capacidade de atendimento ao cliente são essenciais.
Atualmente, quem freqüenta bares, lanchonetes e
restaurantes normalmente convive com o fato de ter
que aguardar para ser atendido ou esperar o seu
pedido ser processado pelo estabelecimento. Observe
as seguintes situações:
1
cliente através de um dispositivo eletrônico, chegouse à conclusão que o mesmo necessitaria
obrigatoriamente de no mínimo três partes:
transmissão, meio de comunicação e recepção. Em
outras palavras, uma estação fixa controlada por um
funcionário através de um computador, um meio de
transmissão sem fios e receptores remotos que
ficariam com os respectivos clientes ao efetuarem
suas compras, como na ilustração a seguir.
poder reconhecer a sua notificação seja via expressão
oral ou visual, pode ser tratado como um incômodo
para o mesmo, que acaba dispondo de um
indeterminado tempo dentro do período de
descontração, o qual está normalmente associado o
ato de ir até algum destes estabelecimentos, em
virtude do foco do seu próprio atendimento.
Sobretudo, o ambiente muito povoado e até
conturbado colabora bastante para o aparecimento de
certo grau de incerteza para ambas as partes no que
diz respeito ao cliente ser verdadeiramente informado
de que está para ser atendido ou para o representante
do estabelecimento certificar-se de que seu
consumidor fora devidamente notificado.
Outro ponto negativo é o fato do papel utilizado
hoje em dia, para a impressão dos bilhetes, ser o
papel térmico. Essa nova tecnologia, por tratar-se de
um papel comum impregnado com substâncias
químicas sensíveis ao calor, dispensando o uso de
tintas ou toners para a impressão, necessitando
apenas de uma fonte controlada de calor, suportada
por uma matriz de escrita (impressora térmica), é de
natureza não-reciclável e, por se tratar de papel, nãoreaproveitável. Isso é relevante quando o assunto é
acúmulo de lixo e a preservação do meio-ambiente.
A idéia deste projeto é agir diretamente nas
desvantagens do sistema atual, ou seja, automatizar
inteligentemente o processo de espera, sem agredir o
meio-ambiente. Através dele, mudar-se-ía a
conceituação atual por completo: ao invés do cliente
ser indexado a um número e aguardar até que este
seja publicamente notificado, a própria senha faria a
interface de forma pontual com o estabelecimento
comercial, tornando o processo integralmente
impessoal e mais agradável.
Nesse contexto, visando resolver a questão de
senhas por papel e chamada de senha por display e/ou
voz, o presente trabalho busca uma solução prática e
moderna para o tema ao desenvolver um pequeno
dispositivo eletrônico, suficientemente capaz de
reconhecer o aviso enviado pelo funcionário e, ao
mesmo tempo, alertar o consumidor de seu iminente
atendimento, de maneira simples, segura e confiável.
Modelo básico de funcionamento do projeto.
A transmissão consiste em um computador com
um software específico para a aplicação, também
contido nas premissas de projeto, e um hardware
com firmware - programa inerente ao hardware que
contém as linhas de código básicas para
funcionamento em estado natural do mesmo responsável por protocolar a mensagem enviada pelo
programa e então transmitir ao determinado receptor
através de uma antena a ele acoplado. O meio de
transmissão, por conseguinte, ocorre via wireless,
tornando possível a comunicação entre transmissor e
receptor dentro de uma determinada região de
cobertura, sem que ambos estejam fisicamente
conectados. Por fim, os diversos receptores
reconhecem os sinais enviados pelo sistema de
transmissão por meio de seu específico hardware,
contendo da mesma forma uma antena de
comunicação, acionando um circuito anexo a ele
responsável por alertar o cliente de forma visual.
Tendo bem alinhado o processo para o
desenvolvimento do projeto, focalizou-se então no
estudo de cada uma das três partes, sendo análise
teórica e prática dos componentes que constituiriam
as mesmas. Para a transmissão as metas foram
desenvolver um dispositivo simples, sem recursos
excessivos, que pudesse ser conectado a um
computador pessoal comum e um software para
gerenciar este dispositivo através do mesmo
computador em questão. Para a comunicação, o foco
foi adaptar recursos que operam em rádio-freqüência
para que garantissem o tráfego de informações de
forma segura e confiável dentro de uma área de
cobertura mínima. Por último, para a recepção, o
DEFINIÇÃO DO PROJETO
Partindo-se do objetivo principal do projeto, ou
seja, desenvolver um método simples de
comunicação entre estabelecimento comercial e
2
método a ser desenvolvido resume-se a um hardware
contendo uma numeração de série única e exclusiva,
para reconhecimento dos códigos emitidos pelo
sistema de transmissão e também uma arquitetura
eletrônica para alertar o funcionamento do mesmo.
O artigo, de agora em diante, será uma descrição
pormenorizada de cada elemento descrito acima com
o intuito de esclarecer o projeto e execução do
sistema, apresentando os resultados obtidos passo-apasso.
Chip HT12E e sua representação por pinos.
O circuito integrado (CI) HT12E é um
componente CMOS – opera com tensões de 2.4V a
12V – com 12 bits de capacidade de encriptação e
funcionamento em nível lógico alto. Constitui-se de 8
bits de endereçamento fixo mais 4 bits que podem ser
tanto de endereços como de dados. Esses bits
trabalham em dois estados: alto e baixo. Pelo fato do
componente ser de padrão alto, os pinos “em aberto”
– não conectados a nada – ficam com nível alto, ou
seja, para lidar-se com o arranjo de endereços e
dados, é necessário lançar níveis baixos – 0V – para
os determinados pinos.
Os 12 bits são enviados em forma de palavracódigo e são habilitados à transmissão quando
recebem um pulso baixo em seu gatilho, porém não
possui portadora própria, ou seja, necessita de um
circuito de RF auxiliar conectado ao seu pino de
saída. Além disso, um circuito oscilador também se
faz necessário. Sua função é coordenar o processo de
criação das palavras através de pulsos bem definidos.
Dessa forma, garante-se que estas serão formadas
coerentemente e que não haverá perda de informação
durante o encaminhamento à transmissão.
O oscilador é composto de um circuito RC
simples, porém apenas o fator resistivo pode ser
manipulado, dado que a capacitância é fixa e inerente
ao integrado.
A freqüência de operação típica do CI HT12E é
de 3kHz, assim como a alimentação típica é de 5V.
Dessa forma, para gerar a oscilação adequada,
precisar-se-ía de um resistor de aproximadamente
1MΩ conectado entre os pinos OSC1 e OSC2.
O funcionamento do encoder seria, então,
basicamente o seguinte: com o endereçamento e os
dados configurados via níveis altos e baixos, assim
que o trigger fosse acionado, regido pela freqüência
determinada pelo circuito oscilador, a palavra-código
seria enviada diretamente à porta de saída do encoder
até que o mesmo trigger fosse desativado.
A palavra-código é formada do bit menos
significativo (A0) até o mais significativo (AD11),
TRANSMISSÃO
Dado que o intuito do projeto é de automatizar
senhas, evidentemente que o caminho mais fácil para
isso seria transmitir números! E esse é realmente o
método a ser aplicado, porém com uma restrição:
desindexar o número propriamente dito do cliente.
Para o cliente, o dispositivo seria apenas uma
interface. Quem realmente teria necessidade de saber
as numerações seria o estabelecimento em si.
Uma segunda opção seria ao invés de códigos,
enviar apenas pulsos, com freqüências levemente
distintas, com cada receptor centrado em uma delas,
porém este método foi sumariamente descartado
devido ao alto teor de poluição do espectro nos
ambientes onde o dispositivo seria aplicado e a alta
interferência que freqüências próximas poderiam
causar umas nas outras.
Centrado na idéia de transmitir números, dois
componentes se destacam: o software e o codificador.
O software será apresentado mais adiante. O
codificador, componente extremamente necessário
para o bom funcionamento do projeto, é o circuito
integrado HT12E, do fabricante HOLTEK®. Este
trata-se de um componente discreto de fácil acesso,
custo relativamente reduzido e ideal para aplicações
onde há transmissão de dados codificados.
Normalmente utilizado em circuitos para alarmes de
incêndio, controles remotos para acionamento de
portões eletrônicos, controles remotos para carros,
sistemas de alarme automotivo e até telefones sem
fio.
3
gerando um word de 12 bits no seguinte formato: A0
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 AD8 AD9 AD10 AD11.
As senhas seriam os bits de endereço do
codificador. Por exemplo, utilizando os 8 bits de
endereço em nível alto, seria relativo à senha de
número 11111111 em binário, logo, 255 em decimal.
No entanto, para o encoder só há palavras de 12 bits,
logo a mensagem enviada seria o número
111111111111 em binário, 4095 em decimal. Porém,
é nessa hora que surge um problema: como em um
estabelecimento comercial há vários clientes
atendidos simultaneamente, há diversas senhas a
serem emitidas também de forma simultânea, mas o
endereçamento no componente HT12E é fixo – não
se pode “programar” o componente. Então, de que
forma agir para tornar no endereçamento ativo? A
resposta é o terceiro componente fundamental da
cadeia transmissora: o microcontrolador.
Devido ao fato de o encoder não suportar
programação para se ter controle sobre seus recursos
é que se faz necessário o uso de um sistema
microcontrolado. Para isto, entram em cena duas
opções: os controladores da família PIC e os
controladores da família 8051. Ambos são recursos
poderosos quando o assunto é sistemas embarcados –
sistemas auto-suficientes, com programação própria e
que só demandam de fonte de energia e interfaces – e
suportariam facilmente às necessidades em questão.
Em matéria de custo, hoje em dia ambos
também são equivalentes, então, a escolha por uma
das duas opções foi ponderada pelo nível de
facilidade em lidar com uma delas. Sendo assim, o
escolhido para fazer parte do projeto foi o
microcontrolador da família 8051 AT89S52, do
fabricante ATMEL®.
O CI AT89S52 é microcontrolador de 8 bits
com tecnologia CMOS, de baixa potência e alta
performance com memória Flash programável de
8kB. É produzido com memória não-volátil de alta
densidade, ou seja, mesmo que não haja tensão
aplicada, a memória não tem seus dados apagados.
Essa tecnologia de memória permite ser
reprogramada indefinidamente através de gravadores
convencionais para o dispositivo. Combinando a
memória com uma unidade de processamento de 8
bits, tem-se no CI AT89S52 um excelente
microcontrolador, eficaz e com alto custo-benefício
quando se trata de aplicações de controle para
sistemas embarcados.
µController AT89S52 e seu diagrama pino-a-pino.
Alguns dos recursos contidos neste integrado:
memória Flash de 8kB de capacidade, 256 bytes de
memória RAM, 32 pinos de entrada/saída, conexão
duplex com interface serial (possibilita leitura e
escrita simultâneas), oscilador interno e circuito de
clock.
O intuito do microcontrolador no projeto é o de
trabalhar com os pinos de endereçamento e dados do
encoder sem precisar alterar suas configurações de
forma física. Além disso, através do controlador
8051, pode-se ativar o processo de transmissão do
código tudo de forma automática, sem alterações de
hardware.
Para que isso funcione, é necessário programar
o controlador, em outras palavras, construir o
firmware do sistema transmissor. Porém, para que o
firmware possa ser verdadeiramente implementado
no microcontrolador, é preciso configurar seu
hardware para pleno funcionamento.
Para que o oscilador interno funcione, é
necessário montar um arranjo oscilador de suporte e
conectá-lo nos pinos 18 e 19 (XTAL1 e XTAL2).
Circuito oscilador para o 8051.
Os componentes utilizados no projeto foram:
um cristal de 11.059MHz e dois capacitores de 33pF.
O motivo para tal valor de freqüência será explicado
mais adiante e os capacitores são de 33pF por serem
4
os valores comerciais mais comuns dentro da faixa de
operação do componente.
Para garantir que todos os registradores sejam
inicializados de forma conveniente, evitando que a
unidade de processamento utilize endereços
aleatórios ao contrário da seqüência lógica
inicializada em zero, é que se constrói o circuito de
reset. A figura a seguir ilustra o circuito de reset.
MAX232 e sua representação por pinos.
A transmissão da serial é conectada ao CI
MAX232 para conversão de nível de tensão e então
transferido ao microcontrolador para ser processado.
Uma vez montado o arranjo para o
microcontrolador, parte-se para a criação do
programa. Este reconhecerá quando um número foi
digitado no terminal, armazenará o mesmo em sua
memória interna e processará de forma adequada para
enviar ao circuito codificador.
O processamento funciona da seguinte maneira:
receber o número digitado através de mensagem
enviada pela porta serial, armazená-lo em um
endereço de memória, transferi-lo para os pinos de
saída e então enviar um bit de confirmação para
iniciar a transmissão. O número pós-processado terá
informações de endereçamento e dados. Dessa forma,
sabe-se o que será enviado e para quem será enviado.
Baseado nesse roteiro, a correlação microcontrolador
– codificador fica da seguinte maneira:
Circuito de reset para o 8051.
O modo de operação é facilmente definido
através do pino 31 ou External Access Enable. Ele
determina se o microcontrolador será apenas a CPU
de um sistema externo ou se todo o processo for
interno a ele. Se ativo, o sistema será externo, se não,
interno. Para o caso em questão, as execuções serão
todas internas ao CI 8051, portanto, o pino precisa
estar em nível zero. Este pino possui uma porta “não”
em sua entrada, logo, deve ser conectado à fonte de
tensão para ficar adequadamente configurado.
A
interface
de
comunicação
entre
microcontrolador e PC é a porta serial. O controlador
AT89S52 possui comunicação full duplex com esta
porta, ou seja, pode receber e enviar dados pela
interface de maneira simultânea. Como a transmissão
terá o intuito de apenas enviar um valor, só será
necessário o pino de leitura da porta no CI 8051, já
que não há resposta enviada para o computador, ou
seja, não se faz necessário escrita.
Não se pode conectar porta serial e
microcontrolador diretamente. Isso porque os níveis
de tensão não são equivalentes. A porta serial
trabalha com níveis em torno de 15V, enquanto que o
CI 8051 limita-se em 12V, sendo que para este
projeto a especificação é de 5V (TTL) para que o
codificador funcione adequadamente.
A equiparação dos níveis é feita através do
componente MAX232. Este é um conversor
alimentado com 5V capaz de transformar nível serial
em TTL/CMOS.
Ligações entre microcontrolador e codificador.
A mensagem chega pelo pino 10 do
microcontrolador – pino de leitura, é processada e
enviada para a porta 0 (pinos P0.0 a P0.7), que está
diretamente ligada aos pinos de entrada de endereço
do codificador. Quando isso está pronto, um bit é
enviado pelo pino P2.7 até o trigger do encoder,
disparando o processo de transmissão.
Para esclarecer melhor o funcionamento da
codificação, segue o exemplo. Para que o receptor
“1” seja ativado, deve-se enviar a senha 1 pelo
transmissor. “Ativar o receptor 1” significa enviar o
5
Passado o tempo, desativa-se o pino P2.7 e retorna-se
ao início, aguardando até que outra mensagem seja
enviada pela porta serial.
O firmware é essencialmente muito simples,
mas funciona perfeitamente. Como o intuito do
projeto é solucionar o problema das senhas de forma
moderna e simples, vai perfeitamente de acordo com
esse ideal.
Para concluir o processo de transmissão, faltam
apenas o software e o sistema irradiante responsável
por enviar verdadeiramente as informações
codificadas e processadas até o referido destinatário.
O software utilizado em todo período de projeto
foi um script criado no ambiente de desenvolvimento
MATLAB®. Consiste em 2 ações: um código para
envio das senhas e um segundo código para
desabilitar o funcionamento do dispositivo.
Conforme explicado anteriormente, devido à
topologia do protótipo, sempre que uma senha for
enviada, há a necessidade de enviar-se um bit 1 no
pino AD8 – dados. Para transmitir-se a senha de
número 1, o endereçamento adequado passa a ser o
número 129. Transmitindo-se a senha 112, 00001110,
deve-se enviar o número 00001111, logo, 240. Notase que as senhas são números de sete bits, ou seja,
limitado em 128 exemplares, do 0 ao 127 e que para
ativar-se a recepção, é necessário somar 128 ao
número enviado. Esta é a lógica do software!
Do contrário, para desativar o funcionamento,
basta enviar o próprio número. Assim, o oitavo bit,
sempre será 0, desligando o circuito. Este é o
segundo bloco do software. O código implementado
é o seguinte:
endereçamento relativo ao receptor 1, porém somente
se o nível do bit de dados for alto, o dispositivo será
acionado. Dessa forma, a palavra enviada não poderia
ser 00000001, mas sim 10000001, ou seja, 00000001
+ 10000000 Æ 1 + 128 Æ 129. Enviando-se a
mensagem 129 para o microcontrolador, o mesmo
faria o codificador HT12E enviar a palavra
100000011111 Æ 3969, ou seja, na realidade, a
palavra-código para acionar a senha 1 seria 3969. Do
contrário, para desativar o circuito receptor, o número
a ser enviado seria 100000010111 Æ 3713.
Estes códigos são em nível de programação. Ao
usuário bastaria digitar o número 1, pois o
roteamento seria feito de forma automática.
Para que o componente AT89S52 possa fazer
todo esse processo corretamente é necessário
programar em seu firmware todos os passos
necessários. A linguagem de programação utilizada é
a linguagem de baixo-nível Assembly©.
Para que o controlador 8051 processe os dados
de forma correta, o seguinte firmware foi construído:
O programa consiste em esperar algo chegar
pela serial e ativar o registrador RI (interrupção).
Feito isso, se limpa o conteúdo de RI e transfere-se o
conteúdo de registrador da serial (SBUF) para o
acumulador (A). Em seguida, move-se os dados do
acumulador para a porta P0, porta cujos pinos estão
conectados no codificador – o codificador 8051 já
move bit a bit, sem que haja necessidade de converter
o número de decimal para binário.
Uma vez coordenados os bits, ativa-se a
transmissão, enviando um bit 1 para o pino P2.7,
conectado ao trigger do CI HT12E. Para otimizar o
processo de transmissão, a mesma é projetada para
que dure 65ms, reduzindo consumo de energia,
apenas indicando que a transmissão foi realizada.
Em efeito de teste, foi desenvolvido também um
software em plataforma C++, com interface mais
amigável. Esse software é necessário e seria o
comercializado no produto final – o MATLAB é
apenas um ambiente de desenvolvimento, não
podendo ser utilizado em futuras aplicações
comerciais. O código implementado, juntamente com
sua interface gráfica é apresentado a seguir:
6
freqüência, porém, por questões de padronização e
facilidade de operação, decidiu-se utilizar o mesmo
modelo para ambos.
Devido a essa restrição, surge um problema: os
dispositivos tinham como premissa de projeto serem
pequenos, para facilitar o manuseio e serem mais
bem apresentáveis. Como utilizar neste caso uma
antena de quase 18cm? A solução encontrada foi
aplicar uma antena helicoidal.
Para operações em 433MHz, pode-se construir
uma antena helicoidal usando condutor esmaltado
22AWG. Faz-se um helicoidal de aproximadamente
2,5cm de comprimento, formado por 14 espiras
uniformes de 6mm de diâmetro. Dessa forma, obtémse uma antena com comprimento elétrico 24,5cm
com -3dBi de ganho. Esses fatores estipulam uma
área de alcance com raio em torno de 30m. Enlaces
mais bem projetados, utilizando antenas mais
poderosas, conseguiriam alcance de até 100m em
visada livre, porém encareceriam o projeto.
Uma vez determinados todos os componentes
que fazem parte da transmissão, pode-se gerar o
seguinte diagrama de blocos do projeto:
Interface gráfica do software desenvolvido.
Uma vez enviada a mensagem para o
microcontrolador e deste para o codificador,
transfere-se agora para o sistema irradiante para,
então, efetivamente transmitir a senha.
Para efetuar a transmissão das senhas, utilizamse um modulador de sinais e uma antena. O módulo
TWS-BS-3 é o componente responsável por modular
a mensagem oriunda do codificador em uma
portadora em rádio-freqüência para, então, transmitila através de uma antena.
O circuito opera em 433MHz, com portadora
modulada em ASK – Amplitude-Shift Keying – com
8kbps de tráfego máximo de dados. Esse tipo de
modulação é bem simples, similar à modulação AM –
Amplitude Modulation – só que de forma digital. O
modulador reconhece os dados que recebe e cria a
onda portadora baseado nos bits da mensagem: bits 1
representam níveis altos de onda, bits 0 níveis baixos.
A antena para concretizar a transmissão tem que
obrigatoriamente ser uma antena com bom alcance e
capaz de transmitir sinais em 433MHz. O alcance é
determinado basicamente através do ganho da antena
e do seu comprimento elétrico.
O comprimento elétrico é definido através da
fórmula l =
Diagrama de blocos do sistema transmissor.
O esquemático final do protótipo é o seguinte:
1 30000 , onde l é o comprimento
×
4
f
elétrico da antena e f é a freqüência do sinal em
MHz. Como a freqüência é 433MHz, tem-se l =
17,3cm. Esse é o comprimento mínimo que a antena
deve ter para ter-se um bom alcance e conseguir
transmitir sinais nesta faixa de freqüência.
Não é obrigatório se ter antenas iguais para
transmissão e recepção. Pode-se trabalhar com
modelos diferentes, desde que operem na mesma
Esquemático do sistema transmissor.
Concluída a transmissão, parte-se agora para a
recepção das senhas. Esses dispositivos serão de fato
as senhas só que de forma eletrônica, suficientemente
capazes de reconhecer o sinal emitido pelo
transmissor e alertar o cliente de forma coerente.
7
compara os bits referentes ao endereço três vezes
com seu endereço local e, caso estejam corretos, os
dados transmitidos são transferidos para a porta de
saída.
Para que haja sintonia entre o CIs HT12D e
HT12E, ambos devem estar operando com
freqüências compatíveis. Segundo o fabricante, o
decodificador deve trabalhar com uma freqüência 50
vezes maior que a do codificador, logo, 150kHz. Para
isso, como resistência de oscilação foi colocado um
resistor de 47kΩ.
Para sinalizar que a transmissão foi concluída
com sucesso, foi inserido um LED que é acionado
apenas durante o período (65ms), juntamente com um
resistor de 1kΩ, junto à porta VT.
Feito isso, foi criado um sistema onde, caso seja
colocado um LED na saída teríamos ele sempre aceso
em caso de informação correta e apagado caso não
haja recepção ou ela seja incorreta.
Após uma análise do protótipo na prática, foi
visto que o LED sempre aceso não chamaria tanto a
atenção dos usuários. A forma pensada de obter mais
atenção foi a de se colocar a luz intermitente. Para
essa indicação, foi necessário criar um circuito
oscilador com este intuito. Para este circuito, foi
escolhido o componente NE555N, em operação
astável.
RECEPÇÃO
Feita a transmissão, é necessário que se estabeleça
um circuito para a recepção destes dados. Abaixo há
a descrição do sistema de codificação e
processamento do sinal.
Como se trata de dispositivos remotos, não há
como fixar a uma fonte de tensão, portanto a
alimentação do circuito é realizada através de uma
bateria. Para um melhor desempenho dos
componentes do circuito, foi projetado 5V de tensão.
Como a disponibilidade de baterias de 5V é nula, foi
utilizada uma bateria de 12V. Para o ajuste do nível
da tensão de entrada, necessitou-se utilizar o
componente LM7805, que é um regulador de tensão
de saída fixa em nível TTL, ou seja, 5V.
A recepção inicia-se com a antena igualmente
projetada ao circuito transmissor. Esta está acoplada
ao módulo receptor RWS-371-5, que é o “par
casado” do módulo TWS-BS-3. Este módulo opera
de forma análoga, em 433MHz, com detector capaz
de demodular mensagens emitidas em modulação
ASK, com até 500kbps de largura de banda.
Uma vez recebido o código, faz-se necessário
decodifica-lo para verificar se a mensagem recebida é
de fato a senha enviada. Para tal, foi selecionado o
componente HT12D do fabricante HOLTEK®.
Assim como temos o par módulo transmissão e
recepção, tem-se o par codificador-decodificador.
Apenas o CI HT12D é capaz de decodificar o sinal
enviado pelo CI HT12E.
Timer NE555N.
Ele é um dispositivo altamente estável para
gerar tempos exatos de atraso ou de oscilação. Além
disso, o tempo em modo de funcionamento é
precisamente controlado por resistores e capacitores
externos. Este fato contribui para a aparência do
produto final.
Dado as características do circuito de recepção, a
figura abaixo apresenta o diagrama em blocos do
circuito:
Decodificador HT12D
O componente trabalha com tensões que vão de
2.4V a 12V, sendo 5V a tensão típica de operação.
Da mesma forma que o CI HT12E, este dispositivo
também funciona com 12 bits de capacidade de
decodificação.
Para seu perfeito funcionamento, deve-se escolher
o mesmo número de endereços e formato de dados de
seu par transmissor. Ele recebe o endereço e os dados
do codificador programado, que foram transmitidos
via RF e coerentemente demodulados. Feito isso, ele
8
É bom ressaltar que o custo acima descrito está
discriminado à implementação da estação
transmissora e dois receptores remotos.
Outro detalhe a ser ressaltado está ligado à
interpretação da tabela acima. Os valores são
distintos, pois as duas primeiras colunas estão
referenciados a todos os custos de componentes e
terceira e quarta coluna é ao custo otimizado, ou seja,
ao custo efetivo do projeto.
Diagrama de blocos do sistema receptor.
O circuito final obtido foi:
TESTES E RESULTADOS
O teste iniciou-se montando o circuito no
protoboard,
conforme
projeto
estabelecido.
Inicialmente, realizaram-se testes sem a antena
instalada, ou seja, conectando fisicamente a saída do
transmissor na entrada do receptor. Manualmente
foram induzidos pulsos no circuito transmissor,
porém, durante as primeiras tentativas, não se teve o
resultado esperado. Realizaram-se medições com
multímetro para analisar o que estava ocorrendo e
verificar possíveis atitudes a serem tomadas para
solucionar os problemas. Feito o estudo e, então, os
devidos reparos nos circuitos, conseguiu-se o
primeiro êxito de comunicação, com os níveis de
sinal e acendendo o LED receptor conforme o
projetado.
Após a primeira tentativa bem sucedida, partiuse para a transmissão através da antena, a qual foi
apenas um condutor esmaltado AWG22 com
aproximadamente 17 cm de comprimento, com os
módulos transmissor e receptor separados fisicamente
(protoboards distintos). Após algumas tentativas,
obteve-se comunicação entre os módulos, com pulsos
gerados similarmente ao teste inicial. No entanto,
devido à baixa qualidade da antena, não se teve
alcance desejável.
Uma vez confeccionada a antena nos moldes
anteriormente apresentados, ou seja, helicoidal de 14
espiras, com uma polegada de comprimento, a
comunicação deu-se de forma substancialmente
melhor.
Circuito de recepção.
TABELA DE PREÇOS
Segue a tabela de custos para implementação do
projeto.
Montagem do circuito transmissor em protoboard
9
Placa de circuito impresso do circuito receptor, com dimensões.
58 x 65 x 30 mm.
Montagem do circuito receptor em protoboard
Não foram simulados testes em locais abertos,
como praças de alimentação, devido à inviabilidade
logística, por isso, foram adaptadas situações de alta
dificuldade, como testes em pontos distintos isolados
por portas, janelas e paredes, obtendo êxito total nos
mesmos. Mesmo em situações como esta, o protótipo
funcionou perfeitamente, o que permite concluir que
em zonas sem obstrução o projeto se adequaria.
Conforme esperado, os circuitos em sua versão
final apresentaram rendimento condizente aos
protótipos iniciais em termos de alcance de recepção
e capacidade de transmissão, porém, o consumo de
energia nas unidades remotas foi extremamente
elevado.
Durante a realização dos testes, verificou-se que
uma bateria completamente carregada, descarregouse até cerca de 40% de sua tensão nominal em um
tempo médio de 7 horas de funcionamento. Esse
consumo é altíssimo para a aplicação, não tendo
solução imediata.
Uma vez estabelecido o processo de
comunicação sem fios, passou-se, então, à
programação simultânea do controlador 8051 e do
software no ambiente MATLAB. Tendo ambos
desenvolvidos, foi realizada mais uma bateria de
testes.
Nos testes realizados, verificou-se estabilidade
de operação dos circuitos e um bom indicador de
alcance. Este indicador foi averiguado pelo fato de o
teste ter sido realizado com os componentes do
projeto em ambientes diferentes. Estabeleceu-se o
circuito transmissor em uma sala fechada e os
receptores em salas anexas. Cada receptor obteve o
sinal adequado para seu funcionamento mesmo no
cenário descrito anteriormente.
Devido à inviabilidade de se instalar o
MATLAB® em qualquer computador, partiu-se para
a confecção de um software mais bem-elaborado,
tendo a interface amigável com o usuário. Esta nova
interface foi desenvolvida utilizando a linguagem de
programação C++, porém não se obteve o resultado
esperado nas primeiras tentativas, demandando
diversas correções até que o mesmo funcionasse.
Com o protótipo inicial funcionando
adequadamente, iniciou-se a confecção das placas de
circuito impresso, com o intuito de gerar a versão
final do dispositivo.
CONCLUSÃO
Através das informações descritas no artigo,
podemos concluir que o protótipo se adequou
perfeitamente às necessidades estimadas, tornando-se
uma boa ferramenta de estudo para a solução da
questão do uso das senhas de papel.
O mesmo apresentou resultados convincentes
com relação à funcionalidade e originalidade da
idéia, mesmo com as diversas limitações por ele
apresentadas.
Dentre os pontos positivos do protótipo,
destaca-se a capacidade de cobertura do dispositivo
mesmo sendo confeccionado através de componentes
discretos e com recursos altamente reduzidos. Com
isso, permite-se concluir ainda que com maiores
estudos no desenvolvimento de codificações e
sistemas irradiantes o projeto alcançaria resultados
Placa de circuito impresso do circuito transmissor, com dimensões 65 x
75 x 30 mm.
10
também uma vibração (através do mesmo sistema de
vibracall, utilizados em aparelhos celulares).
Mesmo com as limitações, foi comprovado que
é possível realizar a implementação do projeto em
escala comercial rapidamente. Desde o conceito até a
elaboração do produto, utilizou-se um espaço de
tempo inferior a quatro meses, um tempo
relativamente curto para o resultado em si atingido.
ainda mais satisfatórios, tornando plausível sua
comercialização.
Em relação ao custo, nota-se que existe uma
grande
viabilidade
financeira,
tornando-se
perfeitamente implementável, dado que o protótipo
atingiu um patamar de preço baixo e que a produção
em série deste, diminuiria ainda mais o custo final.
Entretanto, para que de fato haja possibilidade
de comercialização, outros fatores necessitam ser reprojetados. A alimentação dos circuitos receptores
através das baterias é o principal ponto de atenção,
pois como o circuito receptor fica constantemente
ativado, baterias com baixa capacidade de corrente
elétrica não são adequadas. Uma opção seria a
substituição das mesmas por baterias de íon Lítio ou
equivalente.
Uma segunda restrição está no uso dos
componentes discretos, os quais tornaram os
dispositivos maiores, acima do viável, culminando
com um aspecto incômodo à aplicação. Este
problema poderia ser solucionado através do uso de
componentes SMD – Surface Mounting Devices.
Com isso, tornaria o dispositivo mais bemapresentável ao consumidor final, mantendo suas
características funcionais.
Outra restrição ao protótipo é a limitação da
capacidade de gerenciar senhas simultaneamente.
Visto que em um ambiente de praça de alimentação
há vários estabelecimentos concorrentes e vários
clientes atendidos ao mesmo tempo, em caso das
mesmas adquirirem o sistema, certamente haveria
restrição no atendimento e/ou conflito de códigos
entre as empresas.
Neste caso, o ideal seria restringir, via
programação,
as
senhas
para
que
cada
estabelecimento inicie com uma centena ou milhar,
ou seja, estabelecimento X tem as senhas iniciadas
por 0, estabelecimento Y senhas iniciadas por 1, e
assim sucessivamente. Além disso, estendendo-se a
capacidade de codificação de 8 para os 11 bits
disponíveis, poder-se-ia conseguir em torno de 5 mil
senhas simultâneas.
Para melhorar a acessibilidade de pessoas
portadoras de necessidades especiais, seria necessário
inserir, além comunicação visual (via LED), uma
comunicação sonora e sensitiva, através de som
(podendo ser intermitente, como acontece com os
atuais painéis de visualização), e contemplando
REFERÊNCIAS
Wenshing. Datasheet:
Electronic Publication.
RWS-371
Series
v1.02.
Wenshing. Datasheet:
Electronic Publication.
TWS-BS
Series
v1.01.
Holtek. Datasheet: HT12D/HT12F 212 series of
decoders. Rev. 1.10. Electronic Publication, 2002.
Holtek. Datasheet: HT12A/HT12E 212 series of
decoders. Electronic Publication, 2000.
Atmel. Datasheet: AT89S52 8 bit micro controller
with 8k bytes in-system programmable Flash.
Electronic Publication, 2005.
Texas Instruments. Datasheet: µA7800 series
positive-voltage regulator. Electronic Publication,
2006.
Texas Instruments. Datasheet: MAX232, MAX232I
dual
EIA-232
drivers/receivers.
Electronic
Publication, 2002.
K. SMITH, “Antennas for low power applications”.
Electronic Publication.
H. S. LOPES, R. A. de FARIA. “Manual da placa
P51N”. Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
Departamento Acadêmico de Eletrônica. Apostila,
2007.
A. L. PASTRO. “MICROCONTROLADORES:
Microcontrolador 8051”. Universidade Federal do
Paraná, Setor de Tecnologia, Departamento de
Engenharia Elétrica. Apostila, 2004.
11

Documentos relacionados