Dispositivo Electrónico Pessoal para Aquisição de Dados obtidos por Sensores

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1 Dispositivo Electrónico Pessoal para Aquisição de Dados obtidos por Sensores Análise e estudos de dispositivos semelhantes existentes no mercado (Versão 1.1) Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Ramo Telecomunicações Dissertação 2009/2010 António Marques

2 Índice Introdução... 4 Protótipo Hardware do Projecto UPCASE... 4 Módulo de Aquisição... 5 Características do dispositivo BlueSentry... 5 Sensores utilizados no projecto UPCASE... 6 BLUEHOME... 8 Módulo de aquisição... 9 Smart-Iris Conclusão António Marques Página 2

3 Índice de Imagens Imagem 1- Fotografia com alguns dispositivos utilizados no projecto UPCASE...5 Imagem 2 - Sensor de temperatura...6 Imagem 3 - Sensor de Humidade...6 Imagem 4 - Sensor de Luminosidade...7 Imagem 5 - Sensor de Som...7 Imagem 6 - Acelerómetro...8 Imagem 7 - Diagrama de blocos do BlueHome...9 Imagem 8 - Módulo Bluetooth do sistema BlueHome...10 Imagem 9 Dispositivo Smat-Iris...10 António Marques Página 3

4 Introdução Este documento descreve sucintamente uma análise efectuada a três dispositivos electrónicos, existentes no mercado, semelhantes ao dispositivo electrónico pessoal para aquisição de dados obtidos por sensores, a desenvolver no projecto de dissertação. Os dispositivos electrónicos analisados permitem a aquisição de dados através de sensores (e.g. sensor de temperatura) e controlo de aparelhos electrónicos (e.g. televisor). Os mesmos integram um módulo de comunicação Bluetooth, que permite a comunicação com dispositivos móveis (e.g. smartphone ou PDA). Os dispositivos móveis podem enviar instruções, via Bluetooth, para o microcontrolador, para o mesmo executar operações como o accionamento automático do ar condicionado. Os dispositivos móveis podem receber informação do microcontrolador, de dados obtidos a partir de sensores que estejam ligados ao mesmo e, com a informação obtida, efectuar a inferência de contextos Estes tipos de dispositivos podem ser utilizados na Ciência do Contexto (Context Awareness) e em ambientes inteligentes, de forma a se poder analisar os contextos de um determinado ambiente e o estado de um determinado utilizador e, alterar alterar o comportamento do mesmo baseado nessas informações. Protótipo Hardware do Projecto UPCASE Este capítulo descreve os componentes mais importantes do projecto UPCASE [1,2] (User-Programmable Context-Aware Services), o mesmo é um sistema protótipo de identificação/inferência de contextos baseado em dispositivos móveis (smartphones ou PDA) e num conjunto de sensores integrados (i.e., embebidos no dispositivo) ou num determinado raio de acção (transportados pelo utilizador ou existentes no ambiente). António Marques Página 4

5 Imagem 1- Fotografia com alguns dispositivos utilizados no projecto UPCASE Módulo de Aquisição O protótipo utiliza o BlueSentry [3] para a comunicação Bluetooth [4] com os dispositivos móveis e ligação aos sensores com interface analógica para a análise dos contextos. Para a alimentação do BlueSentry é utilizada neste momento 4 pilhas de 1,5 V encastradas num invólucro de PVC que inclui um interruptor de ligar/desligar. Características do dispositivo BlueSentry: Dispositivo RN-800S-AD [5] Dimensões 1,6 x 3,0 x 0,9 ((40,5 x 76,2 x 22,86) mm) Canais 8 canais A/D de entrada de 16 bit com tensão de 0-5 VDC e frequência de amostragem até 3000 Hz Transmissão Bluetooth Classe 1 (100 m), 12 dbm, antena integrada Alimentação Baixa potência, 6 a 12 VDC (75 ma) com 4 AAA Suporte de SPP e 2 FET para alimentação externa de sensores. Consumos: standby 20 ma (BT off); 40 ma (BT on) ligado 60 ma (BT on) hibernado 11 ma António Marques Página 5

6 Sensores utilizados no projecto UPCASE O projecto UPCASE utiliza sensores de temperatura, humidade, som, luminosidade e acelerómetro para análise de contexto, de seguida serão descritos cada um dos sensores. Sensor de temperatura Dispositivo Phidgets Inc., P/N 1124 [6] Precisão da temperatura ºC até +150 ºC +- 0,75 ºC Dimensões 1,2 x 1,2 ~((30,9 x 30,9) mm) Temperatura (ºC) = [(Valor de leitura do sensor/1000)x222,22] 61,111 Tensão de saída com 5 nominais de alimentação = 0,25 VDC a 4,75 VDC Alimentação 5 VDC Consumo 1 ma Imagem 2 - Sensor de temperatura Sensor de Humidade Dispositivo Phidgets Inc., P/N 1134 [7] Precisão da humidade 10% a 95% Dimensões 1,2 x 2 Humidade (%) = [(Valor de leitura do sensor/1000)/190,6]-40,2 Impedância de saída = 10K ohms Alimentação 5 VDC Consumo 3,6 ma Imagem 3 - Sensor de Humidade António Marques Página 6

7 Sensor de Luminosidade Dispositivo Phidgets Inc., P/N 1105 [8] Luminosidade até 10 lux a resistência varia entre 10 k e 5 k ohm. Dimensões 1,2 x 2 Impedância de saída = 10K hms Alimentação 5 VDC Consumo 500 ua Imagem 4 - Sensor de Luminosidade Sensor de Som Dispositivo Innovative Experiment, P/N ZX-Sound [9] Microfone de condensador integrado 50 a Hz Tensão de saída 0 a +5 V Dimensões N/A Consumo N/A Imagem 5 - Sensor de Som Acelerómetro Dispositivo Dimension Engineering LLC, DE-ACCM3D [10] Dimensões 0,84 x 0,4 Largura de banda 500 Hz Alimentação 3,5 V a 15 V (com regulador on-board); 2,0V a 3,6 V (sem regulador) Consumo 10 ma (máximo 50 ma) Suporta regulador de tensão interno, que permite fornecer alimentação externa de 3,3 V a um micro-controlador. António Marques Página 7

8 Imagem 6 - Acelerómetro BLUEHOME O BlueHome [11] é um sistema composto por um dispositivo electrónico (Hardware) e software para dispositivos móveis (e.g. telemóvel), que pretende auxiliar pessoas idosas e deficientes. O hardware possui um micro-controlador e um módulo Bluetooth para a comunicação entre o dispositivo electrónico e o dispositivo móvel. O software desenvolvido para o dispositivo móvel, permite o controlo de diferentes aparelhos electrónicos e, análise de dados obtidos através de sensores ligados ao dispositivo micro-controlador. Com este sistema, pessoas idosas e deficientes, sentem-se pessoas mais autónomas e sem a ajuda de terceiros conseguem: Monitorizar e controlar electrodomésticos; Promover a própria segurança com a ajuda de sensores; Dar alarmes em caso de emergência; Verificar temperaturas do interior e do exterior; Ligar/Desligar o ar condicionado; Ligar/Desligar a luz do quarto Controlar janelas/portas de acesso O hardware do BlueHome liga directamente ao sistema que se pretende controlar. O software que é instalado no dispositivo móvel, permite ao utilizador controlar determinado dispositivo ou obter determinada informação. As instruções de execução para o Hardware são enviadas via Bluetooth através das instruções seleccionadas na aplicação do dispositivo móvel. António Marques Página 8

9 A aplicação comunica com os sensores que estão associados ao hardware. A informação dos sensores são actualizados automaticamente pelo dispositivo móvel através do micro-controlador e do módulo Bluetooth. Todas as operações dos sensores são controladas pelo micro-controlador. Os sensores do sistema BlueHome são: sensor de temperatura interior, sensor de temperatura exterior, sensor de luz, sensor de movimento ou PIR e Três sensores de portas. Imagem 7 - Diagrama de blocos do BlueHome Módulo de aquisição Características do dispositivo Bluetooth: Dispositivo WRL [12] Transmissão Bluetooth Classe 1 (100 m) Dimensões 2,06 x0,6 x0,22 Transmissão Bluetooth Classe 1 (100 m) e encriptada Alimentação Baixa potência, 3,3 V a 6 VDC Frequência: 2.4~2.524 GHz Comunicação série: bps Consumos: standby 25 ma ligado 30 ma hibernado 2,5 ma António Marques Página 9

10 Imagem 8 - Módulo Bluetooth do sistema BlueHome Características do micro-controlador: Dispositivo ATmega8A [13] Memória Flash 8 KByte SRAM 1 Kbyte EEPROM 512 Byte Canais 8 canais A/D de entrada de 10 bit e 3 PWM JTAG interface para on-chip-debug Até 16 MIPS com taxas de transferências até 16 MHz. Consumo a 4 MHz, 3 VDC e 25 ºC 3,6 ma (Activo); 1,0 ma (standby); 0,5 ua (Off) Smart-Iris O projecto Smart-Iris [14] contém um módulo Bluetooth e um micro-controlador com memória embutida. O módulo Bluetooth disponibiliza o genérico HCI (Host Controller Interface) para as camadas inferiores do protocolo Bluetooth e as camadas superiores L2CAP estão implementadas no micro-controlador. Imagem 9 Dispositivo Smat-Iris Características do micro-controlador: Dispositivo ATmega 103L [15] Módulo Bluetooth - Ericsson ROK [16] (Bluetooth Classe 2, 10 m) António Marques Página 10

11 Memória Flash 128 KByte SRAM 4 KByte EEPROM 4 KByte Canais 8 canais A/D de entrada de 10 bit Entradas/Saídas digitais -16 bit Até 4 MIPS com taxas de transferências até 4 MHz. + Consumo a 4 MHz, 3 VDC e 25 ºC 3,6 ma (Activo); 1,0 ma (standby); 0,5 ua (Off) Interface Série 2 x UART (1 por 57,6 kbps e 1 por 9,6 kbps) Consumo a 3,3 V 5,5mA ligado; 1,6 ma standby; 1 ua desligado. Conclusão Os sistemas descritos acima enquadram-se nas especificações do dispositivo electrónico a desenvolver no projecto. O módulo Bluetooth a utilizar no projecto será de classe 1, uma vez que, este é o mais utilizado e permite uma série de aplicabilidade superior, em comparação com os módulos Bluetooth de classe 2 e 3. O micro-controlador a utilizar no projecto, deverá ser utilizado um micro-controlador da Atmel, devido ao baixo custo, consumo e características que os mesmos disponibilizam e que se enquadram com o pretendido no projecto. António Marques Página 11

12 Referências 1. João M. P. Cardoso, Diogo R. Ferreira, Arquitectura e Casos de Estudo para o Projecto UPCASE, Instituto Superior Técnico, Maio Paulo Chainho, João M. P. Cardoso, Diogo S. Ferreira, UPCASE (User Programmable Context- Aware Services), in Revista Saber&Fazer Telecomunicações, Portugal Telecom, BlueSentry data acquisition and control module, 4. Bluetooth.com The Official Bluetooth Technology Info Site, 5. BlueSentry-AD Data Acquisition and Control Module, 6. Phidgets, Precision Temperature Sensor - P/N Product_Manual - September 30, Phidgets, Humidity Sensor - P/N Product Manual, August 14, 2008, 8. Phidgets, Humidity Sensor - P/N Product Manual, August 11, 2008, 9. Inex - Innovative Experiment, ZX-Sound - Sound Detector Module Documentation, Januear 29,2007, Dimension Engineering LLC, DE-ACCM3D Tri-Axis Accelerometer Datasheet, November 21, 2006, ver data da datsheet 11. BlueHome, Sparkfun Altmet, P/N ATmega8A, Smart-Iris, Altmet, P/N ATmega 103L, Ericsson, P/N ROK , António Marques Página 12