SISTEMA COMPUTACIONAL DE ALARME E VIGILÂNCIA VIA IP

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO SISTEMA COMPUTACIONAL DE ALARME E VIGILÂNCIA VIA IP Paulo Roberto Gardini Miguel Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof. Alessandro Brawerman. UNICENP/NCET Curitiba 2007

2 TERMO DE APROVAÇÃO Paulo Roberto Gardini Miguel Sistema Computacional de Alarme e Vigilância via IP Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora: Prof. Alessandro Brawerman (Orientador) Prof. Valfredo Pilla Jr. Prof. Alessandro Zimmer Curitiba, 15 de Dezembro de

3 Agradecimentos Agradeço ao Centro Universitário Positivo Unicenp, por disponibilizar todos os recursos necessários para realização deste projeto, a todos os professores do curso de Engenharia da Computação, pela dedicação em passar todo o conhecimento necessário para a conclusão do curso, e ao meu orientador, Alessandro Brawerman, pela proposta e por todo o apoio prestado em várias etapas do desenvolvimento do projeto. Agradeço meus companheiros de classe Paulo Alves, Lucas Kalache, André Pepino e Eduardo Straube que foram grandes amigos não apenas nos momentos de alegria, como também nos momentos de dificuldade, que não foram poucos. Sem eles, não teria obtido sucesso. Agradeço a Andressa Furquim, que, mesmo entendendo pouco dos conhecimentos aplicados no projeto, fez o máximo possível para ajudar, sendo companheira desde a escolha até a conclusão do projeto. Sem ela este projeto não seria uma realidade. Agradeço aos meus amigos Carlos Eduardo Prim e Conrado Bianchi Neto pelo apoio desde o primeiro até o último ano de faculdade. E agradeço principalmente aos meus pais, Luiz Afonso Miguel e Maria Sirley Gardini Miguel, por tornarem o sonho de concluir o curso de Engenharia da Computação possível, prestando apoio moral, financeiro e afetivo, desde o início até a conclusão da graduação. 3

4 Resumo O projeto consiste em um sistema de vigilância para ambientes interno e/ou externo com comunicação via Internet Protocol (IP). O sistema é composto por uma câmera de vigilância, um motor que movimenta a câmera conforme comandos do usuário, um servidor que envia a imagem fornecida pela câmera ao usuário e um módulo de comunicação que faz a comunicação direta entre usuário e motor via rede. A câmera é acoplada em um sistema rotatório (motor), que se movimenta no eixo horizontal e, se colocada em um ponto estratégico, dá ao usuário uma visão completa do ambiente vigiado. A conexão com a câmera é gerenciada via aplicação Java. O usuário pode carregar a aplicação em seu computador, por meio de um website, possibilitando acompanhar a movimentação em sua residência ou estabelecimento, de qualquer parte do mundo, desde que possua acesso à Internet. Também, por meio dessa interface Web, o usuário pode carregar o software de controle do motor que movimenta a câmera. Neste software, o usuário acessa o motor diretamente, num endereço IP pré-determinado, podendo assim ter melhor visão do que acontece em seu estabelecimento. O sistema pode ser vendido tanto para empresas de monitoramento, para que seja prestado um serviço mais eficaz, quanto para clientes que desejam realizar seu próprio serviço de segurança. Para essa possível comercialização do produto, um conjunto de câmeras e sensores pode ser ligado a uma central que gerencie todo o sistema, conforme a necessidade do cliente. Esse projeto é parte integrante de um projeto maior chamado Casa do Futuro, podendo futuramente ser integrado às demais partes (Climatização, Firewall, Controle de Acesso, Controle de Eletrodomésticos). Palavras chave: Monitoramento, Remoto, IP, Câmera. 4

5 ALARM AND MONITORING COMPUTATIONAL SYSTEM BY IP ABSTRACT The project consists of a system that monitores environments for internal and / or external communication with the Internet Protocol (IP). The system consists in a surveillance camera, an engine that moves the camera as the user commands, a server that sends the image provided by the camera to the user and a module for communication between the user and the engine. The camera is coupled in a rotating system (stepper-motor), which moves in the horizontal axis, and if placed in a strategic point, provides a full picture of the monitored environment. The connection with the camera is managed by Java application. The user can download the application on his/her computer, through a web site, which monitor the drive in his/her residence or establishment, anywhere in the world, provided they have access to the Internet. Also, through the Web interface, the user can load the software to control the engine that moves the camera. With this software the user accesses the engine directly, with a pre-determined IP address and can, thus have better vision of what happens in his/her establishment or residence. The system can be sold for both companies tracking, to provide a service more effective, as for customers who want to conduct their own security service. For this possible marketing of the product, a set of cameras and sensors can be connected to a central system to manage the system, as the need of the customer. This project is part of a larger project called "Home of the Future", and may, in future, be integrated to the other parties (Temp. Control, Firewall, Access Control, Control Appliances). Key words: Monitoring, Remote, IP, Câmera. 5

6 Sumário LISTA DE FIGURAS... 8 LISTA DE TABELAS... 9 LISTA DE SIGLAS LISTA DE SÍMBOLOS INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO DEFINIÇÃO DO TRABALHO DESCRIÇÃO DAS PRINCIPAIS FUNCIONALIDADES FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA MOTOR DE PASSO Estrutura Funcionamento Motor de Passo Bipolar JAVA COMUNICAÇÃO SOCKET STREAMING Programas que utilizam o Streaming Funcionamento do Streaming Servidores Streaming TRABALHOS RELACIONADOS MOVCAM CÂMERA PAN-TILT ESPECIFICAÇÃO DE HARDWARE CÂMERA DE VIGILÂNCIA MOTOR DE PASSO UNIDADE DE CONTROLE MÓDULO DE COMUNICAÇÃO ESPECIFICAÇÃO DE SOFTWARE SOFTWARE DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DO VÍDEO SOFTWARE DE CONTROLE Comunicação Comandos de movimentação Funcionalidades SOFTWARE DO MICROCONTROLADOR DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO HARDWARE Driver para o Motor de Passo Rotina de lógica do Motor de passo...36 Rotina de comunicação Serial...36 MAX Unidade de Controle Placa de circuito padrão SOFTWARE Software de streaming Software de Controle da Movimentação VALIDAÇÃO E RESULTADOS CONEXÃO DO MICROPROCESSADOR COM O MOTOR DE PASSO

7 7.2. LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO PARA O STREAMING CÂMERA COMUNICAÇÃO ENTRE MICROCONTROLADOR E SOFTWARE DE CONTROLE TEMPO DE RESPOSTA DO MÓDULO DE MONITORAMENTO RESULTADOS FINAIS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS CRONOGRAMA ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÔMICO ARTIGO MANUAL

8 Lista de Figuras FIGURA 1: UM PULSO CORRESPONDE A UM PASSO FIGURA 2: VÁRIOS PULSOS EQUIVALEM A VÁRIOS PASSOS FIGURA 3: ESTRUTURA INTERNA DE UM MOTOR DE PASSO FIGURA 4: COMPARAÇÃO ENTRE FULL-STEP E HALF-STEP FIGURA 5: MOTOR DE PASSO BIPOLAR E SEUS ENROLAMENTOS FIGURA 6: ESQUEMA DE COMUNICAÇÃO COM SOCKET FIGURA 7: DIAGRAMA EM BLOCOS DO MÓDULO DE MONITORAMENTO FIGURA 8: DIAGRAMA EM BLOCOS DA COMUNICAÇÃO ENTRE USUÁRIO E CÂMERA FIGURA 9: MOVIMENTO DA CÂMERA BASEADO NO MOTOR DE PASSO FIGURA 10: LÓGICA DO MOTOR DE PASSO (PASSO-COMPLETO) FIGURA 11: DIAGRAMA EM BLOCOS DO SISTEMA PARCIAL COM ÊNFASE NA UNIDADE DE CONTROLE FIGURA 12: DIAGRAMA EM BLOCOS DA COMUNICAÇÃO ENTRE MÓDULO DE COMUNICAÇÃO E MICROCONTROLADOR. 26 FIGURA 13: TRANSPORT PLATINUM TP200B FIGURA 14: DIAGRAMA EM BLOCOS GERAL DO SOFTWARE DO PROJETO FIGURA 15: JANELA DO ENDEREÇO IP FIGURA 16: JANELA DO NÚMERO DA PORTA FIGURA 17: JANELA DA APRESENTAÇÃO DO VÍDEO EM TEMPO REAL FIGURA 18: JANELA DE ENDEREÇO IP FIGURA 19: SOFTWARE DE CONTROLE DE MOVIMENTAÇÃO FIGURA 20: ESQUEMÁTICO DO DRIVER DO MOTOR DE PASSO FIGURA 21: TRECHO DA ROTINA DE LÓGICA DO MOTOR DE PASSO FIGURA 22: TRECHO DA ROTINA DA INTERRUPÇÃO SERIAL DO PIC16F FIGURA 23: TRECHO DA TABELA ASCII FIGURA 24: ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO DO MAX FIGURA 25: ESQUEMÁTICO DA UNIDADE DE CONTROLE FIGURA 26: FOTO DA COM A UNIDADE DE CONTROLE E O DRIVER DO MOTOR FIGURA 27: TRECHO DE CÓDIGO DO PLAYERRECEIVER FIGURA 28: TRECHO DE CÓDIGO DO STREAMSEND FIGURA 29: TRECHO DE CÓDIGO DE SOFTWARE DE CONTROLE FIGURA 30: FOTO DO MOTOR DE PASSO BIPOLAR UTILIZADO NO PROJETO E SEU CONECTOR (4 FIOS) FIGURA 31: CIRCUITO COM PONTE-H

9 Lista de Tabelas TABELA 1: SEQÜÊNCIA DE COMUNICAÇÃO SOCKET ENTRE CLIENTE E SERVIDOR TABELA 2: CRONOGRAMA DO PROJETO TABELA 3: TABELA DE INSUMOS TABELA 4: INSUMOS UTILIZADOS NA IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO TABELA 5: MÃO-DE-OBRA E ENCARGOS SOCIAIS TABELA 6: IMPOSTOS

10 Lista de Siglas IP Internet Protocol. TCP - Transmission Control Protocol. IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. PWM - Pulse-width modulation. PC Personal Computer. A/D Analógico/Digital. ASCII - American Standard Code for Information Interchange API - Application Programming Interface 10

11 Lista de Símbolos Hz Hertz. A Ampere. Ω - Ohms. K Kilo. M Mega. V Volts. F Faraday. u Micro. p Pico. m Mili. Mbps Mega bits por segundo. Kbps Kilo bits por segundo. 11

12 1. INTRODUÇÃO A violência vem crescendo muito nos últimos anos. Com tanta pobreza e desigualdade social, muitas pessoas recorrem à violência para ter uma vida supostamente melhor. Todos os dias surgem novos golpes praticados por ladrões e quadrilhas. No Brasil, esse tipo de problema vem sendo cada dia mais comum, principalmente nas grandes cidades. Com medo, a população de maior renda acaba recorrendo a condomínios fechados que mais parecem pequenas cidades dentro de uma cidade maior. Muitos também recorrem a empresas de vigilância e segurança, que por um preço normalmente alto, monitoram o estabelecimento e fazem o serviço de segurança quando preciso. Hoje 21% (14 milhões de pessoas) da população brasileira acima de 10 anos possuí acesso à internet em casa, com conexão discada ou banda larga. Entre os estudantes esse número sobe para 36% (32 milhões de pessoas) [IBGE ]. Esse percentual é pequeno se o compararmos aos percentuais norte-americanos ou europeus, mas vem subindo rapidamente. Desta forma pode-se afirmar que um sistema que utilize a internet como meio de comunicação pode atingir boa parte da população hoje, e a sua maioria em alguns anos. Unindo a grande demanda para novos sistemas de segurança financeiramente viáveis e o baixo custo da internet como meio de comunicação, surge a idéia do monitoramento por IP. Utilizando uma webcam (câmera de vídeo de baixo custo), um motor de passo, um computador como servidor e um hardware projetado e construído para esta aplicação, o projeto visa monitorar um ambiente ininterruptamente. Por meio de um software, o usuário pode ainda se conectar remotamente ao hardware do sistema em sua casa ou estabelecimento e interagir com o mesmo. Assim, a câmera envia a imagem para o usuário, e o usuário envia comandos de movimentação para o motor de passo, movimentando a câmera Motivação A grande demanda por novos sistemas de segurança financeiramente viáveis e o crescimento do uso da Internet no Brasil estimula o surgimento de sistemas que unam as duas áreas. Esses sistemas já existem, mas geralmente são geridos por empresas de segurança, que os compram prontos e a um alto preço, que é repassado ao cliente final. Um produto que atenda as necessidades da população quanto a segurança, com pré-requisitos viáveis, pode ser muito bem aceito pelo mercado, além de oferecer um nível mínimo de segurança a boa parte da população. 12

13 1.2. Definição do Trabalho O projeto consiste em um sistema de vigilância para ambientes interno e/ou externo com comunicação via Internet Protocol (IP). O sistema é composto por uma câmera de vigilância, um motor que movimenta a câmera conforme o usuário comandar, um servidor que envia a imagem fornecida pela câmera ao usuário e um módulo de comunicação que faz a comunicação direta entre o usuário e o motor, via rede. A câmera é acoplada em um sistema rotatório (motor), que se movimenta no eixo horizontal e, se colocada em um ponto estratégico, dá ao usuário uma visão completa do ambiente vigiado. A conexão com a câmera é gerenciada via aplicação Java. O usuário pode carregar a aplicação em seu computador, por meio de um web site, possibilitando acompanhar a movimentação em sua residência ou estabelecimento, de qualquer parte do mundo, desde que possua acesso à Internet. Também, por meio dessa interface web, o usuário pode carregar o software de controle do motor que movimenta a câmera. Neste software o usuário acessa o motor diretamente, num endereço de IP pré-determinado, podendo assim ter melhor visão do que acontece em seu estabelecimento. O sistema pode ser vendido tanto para empresas de monitoramento, para que seja prestado um serviço mais eficaz, quanto para clientes que desejam realizar seu próprio serviço de segurança. Para essa possível comercialização do produto, um conjunto de câmeras e sensores pode ser ligado a uma central que gerencie todo o sistema, conforme a necessidade do cliente. Esse projeto é parte integrante de um projeto maior chamado Casa do Futuro, podendo futuramente ser integrado às demais partes (Climatização, Firewall, Controle de Acesso, Controle de Eletrodomésticos) Descrição das principais funcionalidades O módulo de monitoramento (hardware) é composto por uma base fixa que se mantém presa a uma superfície fixa do ambiente a ser vigiado (parede, teto, etc.). A partir desta base é fixado o motor de passo, e a webcam. O motor de passo acopla a câmera, de modo a controlar seus movimentos no eixo horizontal. O usuário pode assistir ao vídeo gerado pela câmera em tempo real, utilizando para isso a aplicação desenvolvida. Esta aplicação se conecta ao servidor requisitando a imagem da webcam, o servidor por sua vez estará, sempre que ligado, disponibilizando a imagem na Web. Para controlar a movimentação da câmera, o usuário utiliza o software de controle. Este se conecta diretamente ao módulo de comunicação, sem a necessidade de um servidor para 13

14 transmissão dos dados. Por um endereço fixo de IP, o software envia dados ao módulo de comunicação, e este faz com que o motor entenda os comandos, movimentando a câmera. A aplicação de transmissão de vídeo e o software de controle podem ser carregados em qualquer computador que atenda os requisitos mínimos do sistema. 14

15 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. Motor de Passo O motor de passo ganhou muita importância por ter várias vantagens em relação a dispositivos similares. Vantagens como menor tamanho, baixo custo, estabilidade e alta precisão desperta grande interesse sobre esse dispositivo. Hoje, o motor de passo é encontrado em equipamentos como: impressoras, scanners, discos rígidos, drivers de disquetes, entre outros. Existem vários modelos, abrindo uma gama enorme de aplicações, sendo que neste projeto, ele é utilizado para movimentar uma webcam em poucos graus. Uma aplicação simples e útil. Estrutura O motor de passo é um transdutor que converte energia elétrica (digital) em movimentos controlados por meio de pulsos. Cada pulso corresponde a um passo e cada passo corresponde a um deslocamento angular, como mostrado na Figura 1 e 2. Figura 1: Um pulso corresponde a um passo. Figura 2: Vários pulsos equivalem a vários passos. 15

16 A movimentação é feita por meio de bobinas que são energizadas ou não, induzindo a movimentação o pino central, formado por um imã, como mostra a Figura 3. Figura 3: Estrutura interna de um motor de passo Funcionamento O motor de passo possui três estados: Desligado, no qual não existe alimentação e gasto de energia; Parado, no qual apenas uma bobina está energizada, deixando o motor apontado para um dos lados; Movimentando, no qual uma ou mais bobinas são energizadas com um intervalo de tempo determinado, fazendo o motor girar em uma das direções (horária ou anti-horária). A movimentação do motor pode se dar de algumas formas diferentes. Cada forma implica em características diferentes. Não existe forma melhor ou pior de operar um motor de passo, vai depender da aplicação. São dois modos básicos de movimentação, o Full-Step, que significa Passo-Completo, e o Half-Step, que significa Meio-Passo. No Passo-Completo as bobinas são energizadas alternadamente, em seqüência síncrona, de modo a fazer o motor girar. Ainda no Passo-Completo, podem ser energizadas duas bobinas simultaneamente, também alternadamente em seqüência síncrona, e, desta maneira, obtem-se maior torque. No Meio-Passo o motor trabalha misturando os dois tipos de Passo-Completo, ou seja, ora energiza-se duas bobina (Figura 3), ora energiza-se apenas uma. Desta maneira dobra-se o número de passos possíveis do motor de passo, como mostra a Figura 4. 16

17 Figura 4: Comparação entre Full-Step e Half-Step. Motor de Passo Bipolar O motor de passo utilizado no projeto é do tipo bipolar, possuindo dois enrolamentos e quatro fios. O motor de passo do tipo bipolar foi utilizado por apresentar modelos de menor porte. Seu funcionamento é baseado na inversão de polaridade das bobinas, uma por vez, como mostra a Figura 5. A lógica correta para a manipulação do motor é mostrada no capítulo 4 na Figura 10. Figura 5: Motor de Passo Bipolar e seus enrolamentos. Desta forma, a lógica de movimentação do motor pode seguir duas configurações diferentes: a de meio-passo e a de passo-completo. [CARVALHO ] 2.2. Java O Java é uma linguagem de programação orientada a objetos, o que significa ter vários aspectos vantajosos como: abstração, encapsulamento, sobrecarga, polimorfismo e herança. Além disso, o Java vem se firmando como uma das principais linguagens de programação no mundo todo, sendo muito utilizado na implementação não só de softwares para computadores convencionais, como também de softwares para celulares. Isso é possível pois é uma linguagem independente de sistema operacional, utilizando uma máquina virtual para reproduzir seus códigos. Por todas essas vantagens e por cumprir os requisitos exigidos pelo projeto, o Java foi escolhido como linguagem de programação do projeto. [OLIVEIRA ] 17

18 2.3. Comunicação Socket Um Socket pode ser entendido como uma porta de um canal de comunicação que permite a um processo, executando em um computador, se comunicar por meio de mensagens com outro processo que pode estar sendo executado no mesmo computador ou num computador remoto, como mostra a Figura 6. Na implementação do software que controla a movimentação da câmera neste projeto, essa é a melhor solução para a comunicação com o módulo de monitoramento. Os Sockets permitem que a comunicação processo a processo aconteça da seguinte forma: Comunicação local: processos locais utilizando Sockets locais. Comunicação remota: processos remotos utilizando Sockets em rede (TCP/IP). Figura 6: Esquema de comunicação com Socket. Uma conexão por Socket utiliza a técnica de cliente/servidor, onde o servidor disponibiliza um endereço para conexão, e o cliente deve saber qual é este endereço para requisitar uma conexão. A Tabela 1 apresenta a seqüência de passos do cliente em paralelo com os passos do servidor em uma conexão por Socket. [NUNES 2007] Tabela 1: Seqüência de comunicação Socket entre cliente e servidor. Cliente Cria um Socket e atribui-lhe o endereço do servidor. Solicita a conexão do seu Socket ao Socket do servidor. Aguarda que a conexão seja estabelecida. Envia uma mensagem (Request). Recebe a mensagem de resposta (Reply). Fecha a conexão com o servidor. Servidor Cria um Socket e atribui-lhe um endereço, este endereço deve ser conhecido pelo cliente. Aguarda a conexão de um cliente. Aceita a conexão e cria um novo Socket para comunicar com o cliente em causa. Recebe a mensagem no novo Socket. Envia mensagem de resposta (Reply). Fecha a conexão com o cliente. 18

19 2.4. Streaming Streaming é a tecnologia utilizada para tornar mais leve e rápido o download e a execução de áudio e vídeo na web. Com ela permite-se escutar e visualizar os arquivos enquanto o download é feito. Sem a tecnologia streaming, para mostrar um conteúdo multimídia na Rede, é preciso descarregar primeiro o arquivo inteiro no computador para mais tarde executá-lo. Entretanto, com o streaming permite-se que esta tarefa seja realizada de uma maneira praticamente instantânea, onde a execução do vídeo ou áudio é feita simultaneamente ao download. Isto se dá da seguinte maneira. Primeiro o computador (o cliente) conecta com o servidor e este, começa a lhe mandar o arquivo. O cliente começa a receber o arquivo e constrói um buffer onde começa a salvar as informações. Quando se enche o buffer com uma pequena parte do arquivo, o cliente começa a executar o arquivo e, ao mesmo tempo, continua o download. Deste modo, o sistema está sincronizado para que o arquivo possa ser visto enquanto se baixa o arquivo. Se em algum momento a conexão sofre decréscimos de velocidade se utiliza a informação existente no buffer, de modo que este depende da velocidade de conexão, ou seja, com uma conexão de alta velocidade o buffer é cheio rapidamente, já com uma conexão discada, por exemplo, o buffer é cheio lentamente. Se a comunicação é cortada durante muito tempo, o buffer é esvaziado e a execução do arquivo também é cortada, até que o sinal seja restaurado. Programas que utilizam o Streaming Alguns programas utilizados por muita gente utilizam o streaming já há algum tempo como forma de execução de arquivos multimídia na web. O Real Player e o Windows Media Player, por exemplo, são programas que instalam plug-ins nos navegadores para receber e mostrar conteúdos multimídia por meio da tecnologia streaming. Funcionamento do Streaming Para incluir um vídeo em uma página Web utilizando a tecnologia streaming é preciso salvá-lo com o formato de um programa de streaming. Desta forma, cada programa utiliza seu próprio conversor de arquivos de vídeo para arquivo streaming. Ao desenvolver uma página Web contendo arquivos multimídia a serem transmitidos via streaming deve-se escolher uma das tecnologias existentes no mercado, obrigando, de certa forma, o usuário a ter o plug-in dessa tecnologia. Três dessas tecnologias são citadas abaixo: 19

20 1. Real Media: é possivelmente a mais popular. Também é a empresa com mais experiência no setor e desenvolve muitos produtos orientados à distribuição de arquivos multimídia. 2. Windows Media: aposta da Microsoft. Já possui uma boa cota de usuários e certamente aumentará com rapidez, já que a Microsoft inclui o plug-in no Windows. 3. Quick Time: com menor cota de mercado. Servidores Streaming Servidores especiais para transmissão de arquivos multimídia por streaming existem, mas não são sempre necessários. Para aplicações comuns, como a deste projeto, um servidor exclusivo não é justificado. Mas estes servidores são utilizados em aplicações que exigem alta velocidade de transmissão, e num futuro próximo, com o aumento da velocidade da Internet e com a implementação da TV na Internet, eles vão ser muito importantes. [ALVAREZ 2007] 20

21 3. TRABALHOS RELACIONADOS Visando o aperfeiçoamento deste projeto, alguns trabalhos relacionados ao assunto em questão foram consultados. Segue abaixo, a descrição de dois desses trabalhos MovCam Este projeto consiste no controle de posição de precisão de uma webcam com dois graus de liberdade por meio de motores de passo, e o controle de foco e zoom por meio de um motor de corrente contínua, utilizando a técnica de PWM (Modulagem por Largura de Pulso). Os motores de passo utilizados no projeto foram reaproveitados de sucatas de drivers antigos de disquetes, e os motores de corrente podem ser retirados de alguns brinquedos simples, e reaproveitados. [ENGEL, A. P.; CAVALOTTI, G ] É um projeto interessante para quem precisa de um controle preciso de imagem, inclusive com ajuste de foco de imagem. Como contrapartida apresenta um volume exagerado, com muitos aparatos acoplados no projeto, ocupando muito espaço Câmera Pan-Tilt Este projeto tem como objetivo principal movimentar uma câmera de vigilância com dois motores DC. Para controlar os motores foi utilizado o micro controlador PIC16F877, programado em linguagem C, gravado pelo software freeware chamado MPLAB disponibilizado pela Microchip. O sistema utiliza um controle com botões para fazer a movimentação da câmera. Desta forma, quatro botões representam os quatro possíveis movimentos da câmera (cima, baixo, direita e esquerda). [FERREIRA, G. F.; PURGER NT, H.; BUENO JR, M. S. L ] O projeto Pan-Tilt é muito semelhante a este projeto, mas com uma diferença fundamental. O projeto de vigilância via IP possibilita a movimentação da câmera a partir de um lugar remoto, ou seja, sem nenhum risco ao usuário. 21

22 4. ESPECIFICAÇÃO DE HARDWARE O módulo de monitoramento (hardware) é constituído por quatro partes principais: a câmera, que captura as imagens; o motor de passo, que controla a movimentação da câmera no eixo horizontal; o módulo de comunicação, que converte os dados recebidos via rede do padrão Ethernet para o padrão Serial RS-232; e a unidade de controle, que recebe os comandos do usuário, já convertidos, interpreta-os, e os encaminha ao motor de passo. A seqüência exata que a imagem percorre até ser apresentada na tela do usuário começa com a captura da imagem pela webcam, logo entrando no servidor por meio de um cabo USB. Assim ela pode ser transmitida para a rede utilizando a técnica de streaming, chegando ao computador do usuário e sendo apresentada pela aplicação Java desenvolvida. Já a seqüência dos comandos de movimentação da câmera do usuário até motor é a seguinte, o usuário clica nos botões específicos do software de controle para movimentar a câmera no sentido desejado, o software cria uma conexão do tipo Socket com o módulo de comunicação do sistema, e envia os comandos. No módulo de comunicação, os dados são convertidos do padrão Ethernet para o padrão Serial, tornando-os legíveis para o microcontrolador PIC16F917. Desta forma o microcontrolador os interpreta e repassa o respectivo comando ao motor de passo, movimentando a câmera. A Figura 7 apresenta o diagrama em blocos do Módulo de Monitoramento do sistema. Note que a comunicação da unidade de controle com o módulo de comunicação é bidirecional, com padrão Serial TTL de comunicação, desta forma, o microcontrolador, além de receber os comandos do usuário, pode também enviar mensagens ao software de controle. Isso vai ser importante na implementação de rotinas de validação, como especifica o capítulo 6. A comunicação entre o módulo de monitoramento e o usuário também é bidirecional, com padrão Ethernet de comunicação, utilizado em rede. Figura 7: Diagrama em blocos do Módulo de Monitoramento. 22

23 4.1. Câmera de vigilância A câmera para vigilância utilizada no projeto é uma webcam Genius Trek 310, trabalhando com resolução de 320X240 pixels e usando conexão USB. Desta forma, o servidor recebe as informações da câmera, transmitindo-as via internet para o usuário conectado. A comunicação entre a câmera e o usuário se dá via um servidor. Ele recebe as informações da câmera e do sensor via porta USB, interpreta essas informações e repassa-as para a rede, como mostra a Figura 8. Figura 8: Diagrama em blocos da comunicação entre usuário e câmera Motor de Passo A função do motor de passo no projeto é movimentar a câmera no eixo horizontal, dando ao usuário uma grande área de visão sobre o ambiente vigiado. Essa movimentação é angular, ou seja, a câmera se movimenta no seu próprio eixo vertical, como mostrado na Figura 9. Figura 9: Movimento da câmera baseado no motor de passo. Cada seqüência de bits enviada pelo controlador ao motor de passo corresponde a um passo para algum dos lados (direita ou esquerda). Essa seqüência de bits é gerada pelo programa gravado 23

24 no microcontrolador, que recebe os comandos enviados pelo software de controle, convertidos pelo módulo de comunicação. O motor de passo utilizado nesse projeto possui quatro fios de entrada e utiliza uma lógica simples de ativação das bobinas. Basta seguir a seguinte seqüência mostrada na Figura 10 para que ele se movimente no sentido horário ou anti-horário. Figura 10: Lógica do Motor de Passo (Passo-Completo) Unidade de Controle A unidade de controle implementada no projeto é baseada no chip PIC16F917 e é responsável por receber comandos do usuário e, usando uma lógica interna programada, repassá-los ao motor de passo corretamente. O PIC16F917 é um microcontrolador de 8 bits da família PIC16 MCU fabricado pela Microchip Technology Inc. Várias características importantes foram decisivas na escolha deste microcontrolador para o projeto: 14kb de memória flash, espaço relativamente bom para a escrita de programas no microcontrolador, além de usar memória flash, o que facilita a escrita desses programas; conversor analógico-digital (A/D) de 10 bits, útil para o caso do projeto sofrer alterações e/ou evoluções no sentido de câmeras e sensores, possibilitando a utilização do mesmo microcontrolador após as mudanças; oscilador interno que pode oscilar de 32KHz até 8MHz; e baixo consumo de energia, utilizando a tecnologia nanowatt Technology. A unidade de controle também possui um circuito de interface entre o microcontrolador e o motor de passo. Esse circuito é chamado de driver e tem duas funções básicas. A primeira é isolar as saídas do microcontrolador de uma conexão direta com as bobinas e a segunda é fornecer 24

25 corrente suficiente para a movimentação correta do motor de passo. Essas duas funções serão mais bem exploradas no capítulo 6. Também é importante ressaltar que o microcontrolador não é responsável pelo envio dos dados da câmera ao usuário, como já especificado neste capítulo. A Figura 11 mostra o diagrama em blocos parcial do sistema com ênfase na Unidade de Controle, que apresenta o caminho percorrido pelos comandos de movimentação do usuário para o motor de passo, além do caminho percorrido pelos comandos de resposta da Unidade de Controle para o Software de Controle, especificado no capítulo 5. Figura 11: Diagrama em blocos do sistema parcial com ênfase na Unidade de Controle. Como já foi explicado, o objetivo do microcontrolador neste projeto é de fazer o controle do motor de passo, respondendo com exatidão os comandos enviados pelo software de controle, manipulado pelo usuário. Como todo dispositivo manipulado por pessoas, o sistema está sujeito à falhas geradas pelo usuário, como por exemplo, tentar girar a câmera muito para um lado só, a ponto de completar um volta completa, podendo romper o cabo da câmera. Por isso, algumas rotinas de verificação deste tipo de evento foram implementadas no software do microcontrolador (ver capítulo 5). O usuário se comunica com o motor utilizando o software de controle que, por sua vez, comunica-se com o módulo de monitoramento via rede, utilizando o padrão Ethernet de comunicação de dados. Este padrão não é legível para o PIC16F917, por isso é necessário um conversor do padrão Ethernet para o padrão Serial de comunicação, este sim, legível para o microcontrolador. O conversor utilizado foi o Transport Platinum TP200B [CONQUEST], que é uma solução pronta para o problema encontrado. Este componente do projeto será mais bem especificado no item 4.4. O componente em questão funciona da seguinte maneira. Ele recebe dados da rede em que está conectado, com padrão Ethernet de comunicação, e os converte para o padrão Serial RS232, 25

26 utilizado em portas de comunicação Serial em computadores pessoais. O padrão RS232 também não é legível ao microcontrolador, pois utiliza níveis de tensão entre -12 volts e +12 volts. O PIC16F917 trabalha com o padrão TTL, com níveis de tensão entre 0 volt e +5 volts. Desta forma, outro conversor é necessário, mas desta vez utilizando um componente mais simples e barato, o MAX232, que conectado de forma adequada transforma os dados do padrão RS232 para o padrão TTL. A Figura 12 mostra o diagrama em blocos da comunicação de o Módulo de Comunicação e o Microcontrolador PIC16F917. Figura 12: Diagrama em blocos da comunicação entre módulo de comunicação e microcontrolador 4.4. Módulo de Comunicação O módulo de comunicação é parte fundamental do módulo de monitoramento do sistema. Como especificado no item 4.3, a comunicação direta do microcontrolador PIC16F917 com a Internet não é possível, pois os padrões de comunicação não são compatíveis. Por isso foi verificada a necessidade de um componente de conversão do padrão Ethernet utilizado em redes para o padrão Serial, legível para o microcontrolador. Para essa função foi escolhida uma solução que se encaixou perfeitamente, o Transport Platinum TP200B, projetado pela ComQuest Tecnologia, e converte tanto do padrão Ethernet para o Serial, como do Serial para Ethernet. Tanto para o software de controle como também para o microcontrolador, o módulo de comunicação é transparente. Desta forma, o software de controle se comunica com o módulo de monitoramento como se o módulo fosse um servidor, utilizando conexão do tipo Socket, e o microcontrolador comunica-se com o software de controle por meio de um padrão Serial, como se estivesse conectado a uma porta Serial de um computador, utilizando o componente MAX232, como já especificado anteriormente no item 4.3. A Figura 13 mostra como é o componente TP200B. 26

27 Figura 13: Transport Platinum TP200B. 27

28 5. ESPECIFICAÇÃO DE SOFTWARE O software do projeto é dividido em três partes principais: 1) Aplicação Java para transmissão e recepção do vídeo, 2) Software de controle de movimentação 3) Software do microcontrolador. Cada uma das partes será explicada a seguir. A Figura 14 mostra uma visão geral dos softwares do sistema. Figura 14: Diagrama em blocos geral do Software do Projeto. Na Figura 14, a comunicação entre Servidor e Usuário, por meio da Internet, é unidirecional, e suporta a transmissão do vídeo por streaming. Já a comunicação entre a Unidade de Controle e o Software de Controle de Movimentação, também por meio da Internet, é bidirecional, e se dá com a utilização de Sockets Software de Transmissão e Recepção do vídeo Esta aplicação foi desenvolvida em linguagem Java [SUN], utilizando a plataforma de desenvolvimento Eclipse [ECLIPSE]. Esta plataforma foi escolhida por ser uma das mais usadas em aplicações desse tipo, além de ser gratuita. A aplicação é divida em duas partes, o Stream Send, software que captura a imagem da webcam e transmite para Internet por meio de um endereço IP e uma porta de comunicação, e o Player Receiver, que é o software que recebe a imagem transmitida pelo Stream Send e a apresenta ao usuário. 28

29 A função desta aplicação no projeto é receber a imagem enviada pelo servidor, pela Internet, utilizando a técnica de streaming. Quando iniciada, a aplicação apresenta ao usuário duas janelas em seqüência. A primeira com um espaço para o usuário digitar o endereço de IP para o qual o servidor está transmitindo como mostra a Figura 15, e a segunda com um espaço para o número da porta para o qual o mesmo servidor está transmitindo como mostra a Figura 16. Figura 15: Janela do endereço IP. Figura 16: Janela do número da Porta. Com o endereço de IP e porta corretamente informados pelo usuário, a conexão entre usuário e servidor estará estabelecida. Desta forma, outra janela aparecerá para o usuário, esta com a imagem da webcam em tempo real, como mostra a Figura 17. Figura 17: Janela da apresentação do vídeo em tempo real. 29

30 A imagem vista pelo usuário em seu computador é em tempo real, ou seja, é a reprodução exata do que a câmera está filmando naquele momento. Mas como essa imagem é transmitida via Internet, atrasos vão ocorrer. Esse atraso pode ser maior ou menor conforme o tipo de conexão à Internet utilizado pelo usuário. Desta forma, um usuário com Internet discada, que geralmente possui uma velocidade de 56Kb por segundo, pode ter um atraso maior do que um usuário com Internet banda larga, que geralmente tem mais de 300Kb por segundo de velocidade. Tudo que foi especificado neste item 5.1 não tem utilidade alguma sem um servidor que esteja transmitindo a imagem da câmera continuamente. Este servidor também foi desenvolvido na linguagem Java, utilizando a plataforma Eclipse. Esta parte da aplicação fica no computador no qual a webcam vai estar instalada. Seu objetivo é capturar a imagem da câmera, criar uma conexão com um endereço de IP fixo e transmitir a imagem para este endereço. As janelas de interface utilizadas por esta parte da aplicação são idênticas às janelas mostradas pela Figura 15 e Figura 16. A primeira com um espaço para o endereço IP para o qual o servidor vai transmitir a imagem, e a segunda com um espaço para o número da porta para qual o servidor vai transmitir a imagem Software de Controle O software de controle, como o nome já diz, tem o objetivo de controlar a movimentação da câmera. Como especificado no capítulo 4, um motor de passo é utilizado para esta função. Este software foi programado em C++, utilizando a plataforma de desenvolvimento C++ Builder 6, da Borland. Esta é uma linguagem simples e prática, e com a plataforma utilizada, é possível criar interfaces com o usuário facilmente. [BORLAND] Comunicação Este software comunica-se diretamente com o módulo de comunicação do sistema, ou seja, não existe a necessidade de um computador servidor para fazer a movimentação da câmera. Desta forma, o software cria uma conexão por Socket com o módulo, podendo enviar ou receber dados via rede, utilizando o padrão Ethernet para isso. O módulo de comunicação do sistema possui um IP fixo, e é por meio deste que a conexão é estabelecida. Pressionando o botão Conectar (Figura 19), o software cria uma nova janela para que o usuário digite o endereço de IP do módulo de comunicação, como mostra a Figura

31 Figura 18: Janela de endereço IP. Comandos de movimentação Com as duas partes conectadas basta o software enviar comandos de movimento ao módulo, e este se encarrega de repassá-los ao microcontrolador. Os comandos enviados pelo software para o módulo de monitoramento estão em forma de caracteres, ou seja, cada caractere corresponde a um comando. Os comandos enviados pelo módulo de monitoramento ao software também estão neste formato. Por exemplo, quando o usuário pressionar o botão de comando para a esquerda, o software de controle enviará ao módulo de monitoramento o caractere E. Esse caractere chegará diretamente no módulo de comunicação, onde vai ser convertido para o padrão Serial de comunicação de dados, chegando ao microcontrolador, que por sua vez, possui rotinas prontas para cada caractere que chega a sua entrada de dados. Desta forma, o microcontrolador interpreta os dados e gera a saída exata para que o motor se movimente conforme o usuário comandou. Este caminho possui dois sentidos, ou seja, caracteres podem ser enviados do software ao módulo, como também do módulo ao software. Por exemplo, se o motor chegar numa posição limite, como visto no capítulo 4, o microcontrolador retorna um caractere ( S ou I ) ao software. Este caractere sai do microcontrolador para o módulo de comunicação com padrão Serial. No módulo é convertido para o padrão Ethernet, e assim enviado ao software de controle pela rede. A Figura 19 mostra a interface do software de controle. 31

32 Figura 19: Software de Controle de Movimentação. Funcionalidades Este software implementa algumas funcionalidades que podem facilitar o controle da movimentação pelo usuário. Os dois botões com setas para esquerda e direita fazem com que o usuário tenha maior precisão da movimentação, sendo que em cada vez que um deles é pressionado, o motor dá apenas um passo para o lado correspondente. O botão de modo automático faz com que o motor fique movimentando a câmera de um limite ao outro, numa velocidade pré-definida e ideal para visualização, e o botão parar é usado para parar o modo automático. Com o botão de reset, o usuário pode fazer com que a câmera volte a posição central, ou posição inicial. Essa funcionalidade é importante para que a câmera não passe das duas posições limites, como especificado no capítulo 4. Toda vez que o software for desconectado do módulo de comunicação, ou fechado, é enviado um comando de reset ao sistema. Desta forma, sempre que o sistema for iniciado, a câmera estará na mesma posição inicial Software do Microcontrolador O software gravado no microcontrolador PIC16F917 é implementado na linguagem C e compilado na plataforma MPLAB IDE produzido pela Microchip Technology Inc. Este software implementa toda a lógica necessária para a movimentação correta do motor de passo conforme os comandos enviados pelo usuário, por meio do software de controle. 32

33 Com o software pronto e compilado na plataforma MBLAB IDE [MICROCHIP], ainda é preciso gravá-lo no microcontrolador e, para isso, utiliza-se uma placa padrão gravadora de Pic, previamente projetada para este fim. Além da placa gravadora, é necessário um software que envie os dados a serem gravados corretamente para a placa, utilizando a porta Serial de um computador para isso. Neste projeto foi utilizado o software Win Pic Programmer. Como visto no item 5.2, o software de controle envia caracteres como comandos ao microcontrolador. Cada vez que o microcontrolador recebe um caractere em sua entrada serial, uma interrupção é gerada. Desta forma, todos os comandos enviados pelo usuário são tratados pelo microcontrolador. Nesta interrupção, estão implementadas as rotinas que vão interpretar o caractere recebido e responder ao motor de forma correspondente ao comando do usuário. Também estão implementadas no microcontrolador funcionalidades particulares como o modo automático e reset, ambos descritos no item

34 6. DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO Este capítulo tem o objetivo de apresentar todas as etapas do desenvolvimento, os problemas encontrados na implementação com suas respectivas soluções. Também são apresentadas algumas alternativas que foram testadas na implementação deste projeto Hardware Todo hardware implementado no projeto está dentro do módulo de monitoramento do sistema. São quatro partes principais, a webcam Genius Trek 310, o motor de passo bipolar, o módulo de comunicação TP200B e o microcontrolador PIC16F917. O desenvolvimento deste projeto começou na escolha de componentes importantes, mas já prontos, como a câmera utilizada, o tipo de motor de passo a ser utilizado e o componente de comunicação TP200B, este último exigindo programação interna. Mas o componente principal é o microcontrolador, no caso o PIC16F917, pois é ele que faz com que as outras partes do hardware se comuniquem. Driver para o Motor de Passo Ainda na fase de testes, o firmware do microcontrolador foi gravado com apenas uma rotina, utilizando as portas de entrada do PIC16F917 para comunicar-se diretamente com um computador usando porta paralela, e as portas de saída para repassar a respectiva lógica ao motor de passo. Nesta fase verificou-se a necessidade de um circuito entre o microcontrolador e o motor de passo, como já especificado no capítulo 4. Verificou-se que o motor necessitava de muito mais corrente do que o PIC16F917 fornecia, além de deixar o microcontrolador sem proteção alguma contra possíveis picos de corrente em sua porta, se conectado diretamente ao motor. Desta forma, foi desenvolvido um driver para o motor de passo. Esse driver é composto por oito transistores que formam uma Ponte-H, e essa se conecta as bobinas do motor. Além disso, o driver possui mais quatro transistores diretamente nas saídas do microcontrolador, com o objetivo de isolar completamente o componente do motor de passo. A Figura 20 apresenta o esquemático do driver do motor de passo. 34

35 Figura 20: Esquemático do driver do motor de passo. Na Figura 20, as entradas S0, S1, S2 e S3, representam as saídas do microcontrolador PIC16F917. O conector J2 representa as saídas da Ponte-H para o motor de passo, onde A1 e A2 são conectados nos dois pólos de uma das bobinas, e B1 e B2 na nos pólos das outra bobina. O conector J1 representa as entradas de alimentação do circuito, que é alimentado com +5 volts além da referência de terra (GND), por meio de uma fonte de alimentação. A conexão via porta paralela foi feita apenas como teste para o funcionamento do motor de passo com o PIC16F917, a partir daí partiu-se para uma solução de comunicação mais interessante, a comunicação Serial. Como já especificado no item 4.4, o módulo de comunicação utiliza o padrão Serial de comunicação com o microcontrolador, desta forma, aquela única rotina utilizada na implementação com porta paralela se transformou em duas rotinas. 35

36 Rotina de lógica do Motor de passo Uma dessas rotinas implementa toda a lógica de passos do motor, sempre analisando qual foi o último passo dado pelo motor para gerar o próximo, como mostra a Figura 21. Figura 21: Trecho da rotina de lógica do motor de passo. Na Figura 21, os valores da variável estado_atual estão na base hexadecimal, correspondendo ao valor de saída de oito bits do microcontrolador. O driver do motor de passo só utiliza quatro desses oito bits de saída, isso explica porque todos os valores na base hexadecimal terminam em 0. Desta forma, os quatro bits mais significativos da saída do microcontrolador são usados, já os quatro bits menos significativos são ignorados. Rotina de comunicação Serial Na segunda rotina gravada no microcontrolador, a parte de comunicação Serial com o módulo de comunicação é implementada. Como especificado no item 4.4, a comunicação entre o software de controle (usuário) e o microcontrolador acontece de forma transparente, mesmo os dois não tendo compatibilidade de comunicação. Isso graças ao módulo de comunicação, com o componente TP200B, ou seja, o microcontrolador pode se comunicar com o software de controle utilizando comunicação Serial, que é um padrão perfeitamente implementável no PIC16F917. Desta forma, a segunda rotina é implementada dentro de uma interrupção Serial, ou seja, cada vez 36

37 que o microcontrolador receber algum dado em sua entrada Rx (Serial) a interrupção é disparada e a rotina processada. A Figura 22 mostra um trecho da segunda rotina. Figura 22: Trecho da rotina da interrupção serial do PIC16F917. Ainda na Figura 22, note que os valores analisados pela rotina também estão em hexadecimal, mas dessa vez não correspondem a uma saída do microcontrolador. Neste código, esses valores correspondem ao respectivo caractere da tabela ASCII, como mostra a Figura 23. Isso porque a comunicação entre o software de controle e o microcontrolador utiliza um protocolo de um caractere por ciclo. Desta forma, cada caractere recebido pelo PIC16F917 37

38 representa um comando diferente como, os quais são implementados na primeira rotina, descrita no item anterior. Figura 23: Trecho da Tabela ASCII. MAX232 Como visto anteriormente, o módulo de comunicação converte os dados recebidos no padrão Ethernet para o padrão Serial RS232. O microcontrolador possui suporte para comunicação Serial, mas trabalha com padrão TTL, que difere do RS232 pelos níveis de tensão. Para resolver esse problema foi utilizado o componente MAX232, que recebe dados com padrão Serial RS232 com nível de tensão entre -12 volts e +12 volts, e gera em sua saída os mesmos 38

39 dados, mas com padrão TTL, com níveis de tensão entre 0 volt e +5 volts, sendo este totalmente compatível com o microcontrolador PIC16F917. A Figura 24 mostra a configuração do MAX232, onde os pinos Tx RS232, Tx TTL, Rx TTL e Rx RS232 representam as entradas e saídas do componente. Figura 24: Esquemático do Circuito do MAX232. Unidade de Controle O microcontrolador PIC16F917 é o cérebro da unidade de controle. É ele que recebe todos os comandos enviados pelo usuário, interpreta-os, e gera a saída para o motor. Ele é fundamental na proposta apresentada pelo projeto, permitindo o controle de um dispositivo como um motor de passo, remotamente, sem a necessidade de um computador. Como especificado no capítulo 4, algumas etapas de conversão tiveram que ser implementadas entre software de controle e o microcontrolador, possibilitando a troca de informações entre os dois. A Figura 25 apresenta o esquemático da unidade de controle. 39

40 Figura 25: Esquemático da Unidade de Controle Na Figura 25, o conector J7, com 2 pinos, representa a alimentação do circuito com padrão TTL, entre 0 volt e +5 volts. Já o conector J8, com três pinos representa a saída do componente Transport Platinum TP200B com padrão Serial RS232, sendo um pino de leitura, outro de escrita e o último como referência. Ainda na Figura 25, o componente Y2 é um cristal oscilador de 12MHz, necessário para o funcionamento do microcontrolador. Os pinos de saída do S0, S1, S2 e S3 representam as saídas para o circuito do motor de passo, especificado na Figura 19. Placa de circuito padrão Para encaixar todo o circuito projetado e inicialmente implementado em Protoboard dentro do módulo de monitoramento foi necessária a confecção de uma placa que implementasse todo o circuito controlador. Uma opção seria a confecção de uma placa de circuito impresso utilizando as ferramentas do software Orcad para projetá-las. Mas pela pouca complexidade do circuito e pela facilidade de montagem, foi escolhida uma placa padrão para montagem de circuitos. Nesta placa estão implementados o circuito do microcontrolador com o circuito do componente MAX232 e o driver do motor de passo, respectivamente especificados dos itens 4.3 e 6.2, como mostra a Figura

41 Figura 26: Foto da com a Unidade de Controle e o Driver do Motor. Na Figura 26 o bloco 1 destaca o circuito do componente MAX232, que converte os dados originários do módulo de comunicação do padrão Serial RS232 para o padrão TTL. O bloco 2 destaca o microcontrolador PIC16F917 e o bloco 3 destaca o circuito do driver do motor de passo Software O desenvolvimento de todo software foi divido em três partes principais. O software de Streaming tem a função de fazer a transmissão de vídeo entre o servidor e o usuário. O software de Controle é a interface de comandos do usuário para movimentação da câmera. E o software do microcontrolador implementa toda a lógica de movimentação do motor de passo, recebendo os comandos do software de controle e movimentando o motor conforme estes comandos. Software de streaming A aplicação que faz a conexão com servidor foi desenvolvida em linguagem Java, por vários motivos já apresentados nos capítulos 2 e 5. Este software foi desenvolvido na plataforma Eclipse, tanto o servidor como a aplicação que recebe o vídeo. 41

42 Para fazer streaming de um vídeo é necessário utilizar algum software ou componente que reproduza esse vídeo, e o utilizado neste projeto foi o JMF2.1.1e, que foi especialmente desenvolvido para aplicações Java que utilizam a técnica de streaming. Ele possui várias API s que auxiliam o desenvolvedor na implementação de um software como esse. Basta adicionar as API s disponibilizadas pelo JMF2.1.1e em seu projeto e utilizá-las em sua aplicação, como mostra a Figura 27. Figura 27: Trecho de código do PlayerReceiver. Neste trecho de código, note que algumas classes da API são adicionadas a partir de import javax.media.*;. O mesmo acontece com o software implementado no servidor, como mostra a Figura

43 Figura 28: Trecho de código do StreamSend. Software de Controle da Movimentação A implementação do software de controle da movimentação foi feita em linguagem C++, utilizando a plataforma Borland C++ Builder 6. Essa linguagem foi escolhida em conjunto com a plataforma de desenvolvimento por alguns motivos como: baixa complexidade da linguagem, grande quantidade de componentes de comunicação e interface da plataforma, e familiaridade com ambas. A conexão do software de controle com o módulo de comunicação do sistema se deu via Socket. A plataforma Builder 6 possui alguns componentes que facilitam essa implementação. Dois desses componentes são o ClienteSocket e o ServerSocket. Neste projeto o ServerSocket não vai ser necessário, já que a conexão entre o usuário e o hardware se dará sem utilização de um computador servidor. Desta forma, o módulo de comunicação substitui o ServerSocket. Já o ClientSocket foi o principal componente utilizado no software de controle. A Figura 29 mostra a implementação da conexão por Socket requisitada pelo software de controle. 43

44 Figura 29: Trecho de código de Software de Controle. Note, na Figura 29, que cliente é o nome dado a um objeto do tipo ClientSocket, e Host e Active são propriedades de ClientSocket. 44

45 7. VALIDAÇÃO E RESULTADOS 7.1. Conexão do Microprocessador com o Motor de Passo Vários motores de passo foram testados durante a implementação do projeto, no entanto algumas características tornaram-se mais relevantes que outras. Duas dessas características são o tamanho e o peso do motor. Como o módulo de monitoramento deve ficar em um lugar estratégico do ambiente, provavelmente pendurado, o motor de passo não deve ser muito grande ou pesado. Desta forma foi escolhido um motor de passo do tipo bipolar para a aplicação desejada. A Figura 30 mostra o motor de passo bipolar utilizado no projeto e seu conector com 4 fios, característica particular de motores bipolares, especificados no capítulo 2. Figura 30: Foto do motor de passo bipolar utilizado no projeto e seu conector (4 fios). Pela falta de experiência na manipulação de motores, primeiramente tentou-se conectar as saídas do microcontrolador diretamente aos fios do motor de passo, mas essa idéia logo foi superada (ver capítulo 6). Desta forma verificou-se a necessidade de um circuito mais complexo para ligar as saídas do microprocessador aos fios do motor de passo, um circuito com Ponte-H. Com a Ponte-H podemos, a partir da saída do microcontrolador, gerar não só os mesmos 5 volts necessários em um dos fios do motor de passo, como também o referencial de terra necessário nos outros fios para que haja um fluxo de corrente nas bobinas movimentando o motor de passo. Assim, o circuito de conexão do microcontrolador com o motor de passo fica ilustrado na Figura

46 Figura 31: Circuito com Ponte-H. Na Figura 31 as entradas S0, S1, S2 e S3, representam as saídas do microcontrolador PIC16F917. O conector J2 representa as saídas da Ponte-H para o motor de passo, onde A1 e A2 são conectados nos dois pólos de uma das bobinas, e B1 e B2 na nos pólos das outra bobina. O conector J1 representa as entradas de alimentação do circuito, que é alimentado com +5 volts além da referência de terra (GND), por meio de uma fonte de alimentação Linguagem de Programação para o Streaming Uma escolha importante no projeto foi a de qual linguagem de programação utilizada para implementar a interface com o usuário. Vários requisitos foram analisados nesse sentido: Possibilidade em futuras implementações em sistemas embarcados ou web sites. A linguagem deve apresentar a possibilidade do uso da tecnologia de streaming, que é essencial no projeto. Preços baixos e baixa complexidade da plataforma de desenvolvimento da linguagem. Algumas linguagens foram analisadas como C++, linguagens.net, e Java. O C++ seria uma ótima escolha pela experiência de três anos utilizando a linguagem, mas não se encaixa em 46

47 todos os requisitos citados acima. As linguagens.net de certa forma cumprem a maioria dos requisitos necessários, mas foram descartadas pela falta de experiência com as mesmas, deixando o caminho livre para o Java. O Java é uma linguagem que cumpre todos os requisitos acima citados, além de ser uma linguagem que prega o código aberto, ou seja, disponibiliza, por meio de seus usuários em todo o mundo, todo o tipo de código fonte para as mais diversas soluções Câmera Um dos pontos mais importantes no projeto é a escolha da câmera a ser utilizada. Duas características principais foram decisivas na escolha da webcam Genius Trek 310, o baixo custo de uma webcam, se comparado a câmeras profissionais de vigilância, e o tipo de conexão com o computador, USB. USB (Universal Serial Bus) é um tipo de conexão Plug-and-Play, ou seja, permite ao usuário conectar dispositivos periféricos (como uma webcam) ao computador sem a necessidade de desligá-lo. Além disso, esse tipo de conexão vem sendo muito utilizado pelos usuários de computadores, não se tornando um pré-requisito significativo para a instalação do produto. Um problema para o uso da conexão USB no projeto é o fato de que a manipulação da câmera pelo microprocessador PIC16F917 fica inviabilizada. Isto porque o tipo de conexão USB utiliza um protocolo de transmissão de dados muito complexo, por isso fazer o microprocessador PIC16F917 se comunicar com um dispositivo USB poderia levar muito tempo de estudo e pesquisa, inviabilizado o projeto. Uma câmera com conexão Serial, ou seja, que utiliza a porta Serial de um computador para transmissão de dados, também poderia ser uma boa escolha para o projeto. Isto porque a conexão Serial é pouco complexa e facilmente manipulada pelo microprocessador PIC16F917, utilizado no projeto. Porém, a dificuldade em encontrar esse tipo de câmera no mercado inviabilizou essa idéia Comunicação entre microcontrolador e software de controle A comunicação do software de controle da movimentação do motor com o microcontrolador é essencial para o funcionamento correto do projeto. O controle do usuário sobre o motor deve ser remoto, como definido anteriormente, desta forma, a comunicação se dá por meio de uma rede (Internet). Com o microcontrolador PIC16F017 não é possível fazer é comunicação direta com a Internet, criando a necessidade de um módulo de comunicação que, basicamente, vai converter os 47

48 dados do padrão de comunicação da rede (Ethernet) para o padrão utilizado na implementação do software do microcontrolador (Serial). Isso foi possível com a utilização do componente Tranport Platinum TP200B, especificado no capítulo 4. Com esse componente, a comunicação entre o software de controle e o microcontrolador se dá de forma transparente, fazendo com que o microcontrolador comunique-se com o software de controle utilizando padrão Serial de comunicação e, fazendo também com que o software de controle comunique-se com o microcontrolador utilizando padrão Ethernet, sem a necessidade de um novo protocolo de comunicação Tempo de Resposta do Módulo de Monitoramento Esse é um ponto onde os resultados do projeto podem variar bastante. Os resultados, no que diz respeito ao atraso na resposta do motor ao comando do usuário, foram satisfatórios. A resposta é praticamente instantânea. Mas uma observação deve ser feita, todos os testes foram feitos numa rede interna, que se comporta como a Internet, mas não trabalha com a mesma velocidade de transmissão da Internet, já que uma rede comum opera com velocidade de 100Mbps, e a uma conexão comum de Internet com banda larga chega a 300Mbps, gerando atrasos. Desta forma, dependendo da velocidade de conexão nos dois pontos, esses atrasos podem ser maiores ou menores, mas não serão significativos a ponto de gerar resultados não satisfatórios. Esse problema pode realmente aparecer na transmissão de vídeo por streaming. Os softwares de transmissão e recepção de vídeo visam mostram a imagem ao usuário em tempo real, ou seja, sem atrasos significativos. Mas, com uma conexão ruim em um dos pontos, seja no servidor ou onde o usuário está conectado, o resultado pode não ser satisfatório. Isso deve ser levado em consideração por quem pretender utilizar um sistema como esse. Empresas que fornecem esse tipo de serviço devem ter essa consciência, principalmente num país como o Brasil, que possui a maioria de seus usuários de Internet com conexão discada, com no máximo 56Kb/s Resultados Finais Os resultados finais do projeto, em confronto com a proposta inicial do mesmo, apresentaram sucesso parcial no que diz respeito a total autonomia do sistema em relação à necessidade de um servidor para transmissão do vídeo obtido pela câmera. Essa autonomia completa não pode ser obtida pela alta complexidade de um sistema que possa controlar uma câmera sem utilizar um computador para isso. 48

49 Já quanto ao controle de um motor de passo remotamente, sem utilização de um computador, os resultados foram muito satisfatórios, possibilitando a implementação deste tipo de dispositivo em sistemas embarcados com conexão a Internet. Com a alternativa de um servidor para fazer a transmissão de vídeo ao usuário, o sistema também obteve resultados satisfatórios, utilizando uma linguagem de programação moderna, que possibilita futuras implementações deste projeto em sistemas embarcados e em sistemas Web. Os componentes escolhidos inicialmente para implementação do hardware também demonstraram sucesso praticamente completo, a não ser pelo fato da alta complexidade da implementação de um controlador de câmera (driver) em um PIC16F917, que resultou na necessidade da utilização de um servidor. 49

50 8. CONCLUSÃO Com o objetivo de monitorar um ambiente remotamente, o sistema obteve sucesso em todas as funcionalidades necessárias para seu correto funcionamento. Problemas ocorreram quanto a total autonomia do sistema em relação à necessidade de um servidor para transmissão do vídeo obtido pela câmera, porém sem afetar o funcionamento do sistema. Algumas soluções aos problemas encontrados do desenvolvimento do projeto tiveram custo relativamente elevado para os padrões aplicados nesta implementação. A necessidade de um servidor, por exemplo, além de aumentar o custo total, faz com que o sistema perca mobilidade, pois torna necessária a presença de um computador perto da câmera de vigilância. Alguns trabalhos futuros podem ser propostos, com objetivo de aperfeiçoar o sistema desenvolvido. Um projeto que implemente um protocolo de comunicação entre o microcontrolador e a rede pode substituir o componente TP200B utilizado no projeto, diminuindo assim o custo e o tamanho final do sistema. Outra possível melhoria pode ser a implementação dos drivers da webcam utilizada pelo sistema em um microcontrolador. Isso eliminaria a necessidade da utilização de um servidor no sistema, o que se mostrou ser o principal problema apresentado neste projeto. 50

51 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br>. Acesso em: março de NICOLOSI, D. E. C. Microcontrolador 8051 detalhado. Editora Érica. São Paulo ALBUQUERQUE, F. TCP/IP Internet Programação de sistemas distribuídos HTML, Java Script e Java. Editora Axcel Books do Brasil. Rio de Janeiro CARVALHO, G. Máquinas Elétricas Teorias e Ensaios. Editora Érica Ltda. São Paulo OLIVEIRA, E. C. M. 10 anos de plataforma Java A linha do tempo. Disponível em: <http://www.linhadecodigo.com.br/artigos.asp?id_ac=745>. Acesso em: março de Motores de Passo. Motor de Passo. Disponível em: <http://www.geocities.com/collegepark/dorm/8863/motordepasso.htm>. Acesso em: março de NUNES, L. R. Sockets em Java. Disponível em: <http://www.sumersoft.com/publicacoes/socketsemjava.pdf >. Acesso em: setembro de MICROCHIP. Microchip Technology Inc, Microprocessador PIC16F917. Disponível em: <http://www.microchip.com/stellent/idcplg?idcservice=ss_get_page&nodeid=1335&ddocna me=en020202>. Acesso em: março de FERREIRA, G. F.; PURGER NT, H.; BUENO JR, M. S. L. Câmera Pan-Tilt. Engenharia Elétrica, Telecomunicações PUCPR. Curitiba, Projeto de Integrração. Disponível em: <http://www.ppgia.pucpr.br/~santin/ee/2005/1s/5>. Acesso em: março de Guia do Hardware. Sistema de Vigilância Digital com ZoneMinder. Disponível em: <http://www.guiadohardware.net/tutoriais/sistema-vigilancia-zoneminder>. Acesso em: março de ALVAREZ, M. A. Streaming. Disponível em: <http://www.criarweb.com/artigos/214.php>. Acesso em: março de

52 TORRES, G. Pulse Width Modulation - Modulação por Largura de Pulso. Disponível em: <http://www.clubedohardware.com.br/dicionario/termo/77>. Acesso em: março de ENGEL, A. P.; CAVALOTTI, G. Mov Cam Engenharia Elétrica, Telecomunicações PUCPR. Curitiba, Projeto de Integração. Disponível em: <http://www.ppgia.pucpr.br/~santin/ee/2005/2s/4>. Acesso em: março de CONQUEST. Transport - Conversor Serial/Ethernet. Disponível em: <http://www.comquest.com.br/automacao/transport.asp>. Acesso em: agosto de SUN. The Source for Java Developers. Disponível em: <http://java.sun.com>. Acesso em: março de ECLIPSE. Eclipse - An open development platform. Disponível em: <http://www.eclipse.org>. Acesso em: março de BORLAND. Borland: Aberta a seus processos, ferramentas e plataformas. Disponível em: <http://www.borland.com/br>. Acesso em: março de

53 10. ANEXOS Cronograma Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Tabela 2: Cronograma do Projeto. Estudo da câmera e das linguagens a serem utilizadas; Implementação preliminar das Interfaces de usuário; Entrega da documentação inicial do projeto. Implementação da comunicação entre motor de microcontrolador; Entrega da especificação completa do projeto. Pesquisa sobre formas de conversão Serial/Ethernet; Implementação do Software de Streaming. Implementação da comunicação do sistema com a Interface do usuário; Entrega da documentação de testes preliminares. Conclusão do desenvolvimento do sistema. Conclusão do desenvolvimento do sistema; Apresentação previa do projeto implementado. Conclusão do desenvolvimento do sistema; Elaboração da documentação final (resultados finais e conclusões). Apresentação da projeto completo implementado; Elaboração da documentação final (manuais e artigo). Entrega da documentação completa; Defesa formal do projeto, com apresentação oral para banca examinadora. Padronização e entrega da documentação final. 53

54 10.2. Estudo de Viabilidade Técnico-Econômico O custo estimado do projeto é baseado em alguns fatores diferentes como: o custo de todo o insumo necessário na implementação do projeto, como componentes, ferramentas e plataformas de desenvolvimento; o custo da mão-de-obra aplicada no desenvolvimento; e a soma de todos os impostos envolvidos num projeto como esse. Apesar de ser um projeto acadêmico, este projeto envolve praticamente todos os custos de um projeto de uma empresa qualquer da área, pois, por trás da facilidade no uso de laboratórios e equipamentos dentro do Centro Universitário, aparece uma empresa que mantém toda essa estrutura como uma empresa de engenharia manteria. Desta forma, todos os custos e impostos que existem numa empresa de engenharia estão incluídos neste estudo com o intuito de aproximar os custos deste projeto o máximo possível da realidade. A Tabela 3 mostra o custo de cada componente material utilizado na implementação do projeto. Tabela 3: Tabela de Insumos. Insumos Componentes Valor Quantidade Total Microcontrolador PIC16F917 - DIP R$ 19,90 2 R$ 39,80 Webcam Genius Trek 310 R$ 108,99 1 R$ 108,99 Motor de Passo bipolar 4 fios R$ 15,00 4 R$ 60,00 Caixa para protótipo R$ 60,00 1 R$ 60,00 Conectores Serial (Macho e Fêmea) R$ 1,25 6 R$ 7,50 Conector RJ45-Fêmea R$ 1,50 2 R$ 3,00 Conector RJ45-Macho R$ 1,00 2 R$ 2,00 Barra de Pinos - Fêmea Torneada R$ 9,50 2 R$ 19,00 Barra de Pinos - Macho Torneada R$ 2,30 3 R$ 6,90 Barra de Pinos - Macho não Torneada R$ 0,45 3 R$ 1,35 Cristal de 12 Mhz, 20 Mhz e Mhz R$ 1,20 3 R$ 3,60 ENC28J60 - DIP R$ 22,40 2 R$ 44,80 LEDs R$ 0,12 6 R$ 0,72 Resistores Diversos R$ 0, R$ 15,00 Capacitores Diversos R$ 0,25 50 R$ 12,50 Transistores Diversos R$ 0,80 32 R$ 25,60 Placa de Circuito Padrão R$ 15,00 1 R$ 15,00 Cabos Diversos R$ 20,00 1 R$ 20,00 Gravador de PIC R$ 15,00 1 R$ 15,00 Fretes Diversos R$ 100,00 Total R$ 560,76 54

55 A Tabela 4 apresenta alguns outros custos de insumos como o custo do espaço de trabalho para implementação, o custo de materiais de pesquisa como livros e papel, e o custo de equipamentos e software utilizados na implementação, relacionando também na tabela um valor calculado de cada componente conforme o número de horas de utilização de cada um. Tabela 4: Insumos utilizados na implementação do Projeto. Insumos Instalações Área (m2) Valor por Hora Total Laboratório 10 R$ 0,36 R$ 109,09 Pesquisa Custo por Mês Total Impressão/Xerox/Encadernação R$ 20,00 R$ 160,00 Biblioteca R$ 36,00 R$ 288,00 Total R$ 448,00 Equipamentos Valor Custo por Hora Total Osciloscópio - Tektronix - TDS-210 R$ 3.600,00 R$ 0,68 R$ 204,55 Notebook - Acer - Aspire 5672WLmi R$ 4.300,00 R$ 0,81 R$ 244,32 Fonte Simétrica - Minipa - MPS-3003 R$ 1.300,00 R$ 0,25 R$ 73,86 Multímetro - Minipa - ET-2042 R$ 150,00 R$ 0,03 R$ 8,52 Fonte Simples - Minpa - MFS-3003 R$ 500,00 R$ 0,09 R$ 28,41 Protoboard - Minipa R$ 150,00 R$ 0,03 R$ 8,52 Ferramentas R$ 500,00 R$ 0,09 R$ 28,41 Total R$ 596,59 Softwares Valor Custo por Hora Total Microsoft Windows XP Home R$ 469,00 R$ 0,09 R$ 26,65 Microsoft Office 2007 R$ 399,00 R$ 0,08 R$ 22,67 Microship MPLAB R$ - R$ - R$ - Eclipse R$ - R$ - R$ - Orcad 10.5 (Capture) R$ 8.570,17 R$ 1,62 R$ 486,94 Orcad 10.5 (Layout) R$ 4.536,25 R$ 0,86 R$ 257,74 Total R$ 794,00 55

56 A Tabela 5 apresenta os custos da mão-de-obra em toda implementação do projeto. Somamse ao custo da hora trabalhada os encargos sociais, que, aqui no Brasil, podem chegar a 90%, o que aumenta de forma significativa o custo total da mão-de-obra. Tabela 5: Mão-de-Obra e Encargos Sociais. Mão de obra Direta Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total 300 R$ 16,00 90,00% R$ 9.120,00 Orientador Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total 64 R$ 5,90 90,00% R$ 717,44 Coodenador Horas Trabalhadas Valor Encargos Sociais Total 64 R$ 0,95 90,00% R$ 115,52 Total R$ 9.952,96 A Tabela 6 apresenta os valores de impostos aplicados na soma dos valores totais apresentados nas tabelas de custo anteriores (Tabela 3, 4 e 5). Note que os impostos são progressivos, ou seja, aplicando a soma de todos os impostos, utilizando juros compostos, sobre o valor total do projeto, obtém-se valor final, chegando a um valor de R$ ,76. Tabela 6: Impostos. Impostos Sub-total Valor Total PIS / COFINS R$ ,40 3,65% R$ ,70 IPI R$ ,70 12,00% R$ ,78 ISS R$ ,78 5,00% R$ ,22 IR R$ ,22 1,70% R$ ,13 CPMF R$ ,13 0,38% R$ ,76 Para determinar o custo final do produto, que seria vendido diretamente ao usuário final ou para empresas que prestem o serviço de vigilância, seria necessário adicionar aos custos do projeto, os custos da empresa que desenvolve um produto como esse. Também seria preciso fazer uma estimativa de quantidade de vendas, ou seja, estimar quantos unidades do produto devem ser produzidas para serem disponibilizadas para venda no mercado. Desta forma, somando o custo final 56

57 do projeto ao lucro esperado e dividindo este valor pela estimativa da quantidade de produtos produzidos, pode-se determinar com que preço cada unidade pode ser vendida. 57

58 10.3. Artigo 58

59 SISTEMA COMPUTACIONAL DE ALARME E VIGILÂNCIA VIA IP Paulo Roberto Gardini Miguel Prof. Alessandro Brawerman UNICENP - Centro Universitário Positivo Resumo. O projeto consiste em um sistema de vigilância para ambientes interno e/ou externo com comunicação via Internet Protocol (IP). O sistema é composto por uma câmera de vigilância, um motor que movimenta a câmera conforme o usuário comandar, um servidor que envia a imagem fornecida pela câmera ao usuário e um módulo de comunicação que faz a comunicação direta entre usuário e motor, via rede. Palavras-chave: Monitoramento, Remoto, IP, Câmera. 1. INTRODUÇÃO A violência vem crescendo muito nos últimos anos. Com tanta pobreza e desigualdade social no mundo inteiro, muitas pessoas recorrem à violência para terem uma vida supostamente melhor. Todos os dias surgem novos golpes praticados por ladrões e quadrilhas. No Brasil, esse tipo de problema vem sendo cada dia mais comum, principalmente nas grandes cidades. Com medo, a população de maior renda acaba recorrendo a condomínios fechados que mais parecem pequenas cidades isoladas. Muitos também recorrem a empresas de vigilância e segurança, que por um preço normalmente alto, monitoram o estabelecimento ou residência e fazem o serviço de segurança quando preciso. Hoje 21% (14 milhões de pessoas) da população brasileira acima de 10 anos possuí acesso à Internet em casa, com conexão discada ou banda larga. Entre os estudantes esse número sobe para 36% (32 milhões de pessoas) [IBGE ]. Esse percentual é pequeno se comparado aos percentuais norte-americanos, europeus ou japoneses e coreanos, mas vem subindo rápido. Desta forma, pode-se afirmar que um sistema que utilize a Internet como meio de comunicação pode atingir boa parte da população hoje, e a sua maioria em alguns anos. Unindo a grande demanda para novos sistemas de segurança financeiramente viáveis e o baixo custo da Internet como meio de comunicação, surge a idéia do monitoramento por IP. Utilizando uma webcam (câmera de vídeo de baixo custo), um motor de passo, um computador como servidor e um hardware projetado e construído para esta aplicação, o projeto visa monitorar um ambiente ininterruptamente. Por meio de um software, o proprietário pode ainda se conectar remotamente ao hardware do sistema em sua casa ou estabelecimento, e interagir com o mesmo. Assim, a câmera envia a imagem para o usuário, e o usuário envia comandos de movimentação para o motor de passo, movimentando a câmera. 2. METODOLOGIA 2.1 Hardware O módulo de monitoramento (hardware) é constituído por três partes principais: a câmera, que captura as imagens; o motor de passo, que controla a movimentação da câmera no eixo horizontal; e o módulo de comunicação, que recebe os comandos do usuário pela internet, interpreta esses dados, e os encaminha ao motor de passo. A seqüência exata que a imagem percorre até ser mostrada na tela do usuário é a seguinte. A imagem é capturada pela webcam, entre no servidor por meio de um cabo USB, é transmitida para internet utilizando a técnica de streaming, chega no computador do usuário e é mostrada pela aplicação Java desenvolvida. Já a seqüência dos comandos de movimentação da câmera do usuário até motor é a seguinte. O usuário clica nos botões específicos do software de controle para movimentar a câmera no sentido desejado, o software cria uma conexão do tipo Socket com o módulo de comunicação do sistema, e envia os comandos. No módulo de comunicação, os dados são convertidos do padrão Ethernet para o padrão Serial, tornando-os legíveis para o microcontrolador PIC16F917. Desta forma o microcontrolador os interpreta e repassa o respectivo comando ao motor de passo, movimentando a câmera. A Figura 7 apresenta o diagrama em blocos do Módulo de Monitoramento do sistema. Note que a comunicação da unidade de controle com o módulo de comunicação é bidirecional, com padrão Serial TTL de comunicação, desta forma, o 59

60 microcontrolador, além de receber os comandos do usuário, pode também enviar mensagens ao software de controle. Isso vai ser importante na implementação de rotinas de validação, como especifica o capítulo 6. A comunicação entre o módulo de monitoramento e o usuário também é bidirecional, com padrão Ethernet de comunicação, utilizado em rede. Figura 32: Diagrama em blocos do Hardware. câmera. Essa autonomia completa não pode ser obtida pela alta complexidade de um sistema que possa controlar uma câmera sem utilizar um computador para isso. Já quanto ao controle de um motor de passo remotamente, sem utilização de um computador, os resultados foram muito satisfatórios, possibilitando a implementação deste tipo de dispositivo em sistemas embarcados com conexão a Internet. Com a alternativa de um servidor para fazer a transmissão de vídeo ao usuário, o sistema também obteve resultados satisfatórios, utilizando uma linguagem de programação moderna, que possibilita futuras implementações deste projeto em sistemas embarcados e em sistemas Web. Os componentes escolhidos inicialmente para implementação do hardware também demonstraram sucesso praticamente completo, a não ser pelo fato da alta complexidade da implementação de um controlador de câmera (driver) em um PIC16F917, criando assim a necessidade da utilização de um servidor. 2.2 Software O software do projeto é dividido em três partes principais: 1) Aplicação Java para transmissão e recepção do vídeo, 2) Software de controle de movimentação 3) Software do microcontrolador. Cada uma das partes será explicada a seguir. A Figura 14 mostra uma visão geral dos softwares do sistema. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br>. Acesso em: março de NICOLOSI, D. E. C. Microcontrolador 8051 detalhado. Editora Érica. São Paulo ALBUQUERQUE, F. TCP/IP Internet Programação de sistemas distribuídos HTML, Java Script e Java. Editora Axcel Books do Brasil. Rio de Janeiro Figura 33: Diagrama em blocos do Software. Na Figura 14, a comunicação entre Servidor e Usuário, por meio da Internet, é unidirecional, e suporta a transmissão do vídeo por streaming. Já a comunicação entre a Unidade de Controle e o Software de Controle de Movimentação, também por meio da Internet, é bidirecional, e se dá com a utilização de Sockets. 3. RESULTADOS FINAIS Os resultados finais do projeto, em confronto com a proposta inicial do mesmo, apresentaram sucesso parcial no que diz respeito a total autonomia do sistema em relação à necessidade de um servidor para transmissão do vídeo obtido pela 4. CARVALHO, G. Máquinas Elétricas Teorias e Ensaios. Editora Érica Ltda. São Paulo OLIVEIRA, E. C. M. 10 anos de plataforma Java A linha do tempo. Disponível em: <http://www.linhadecodigo.com.br/artigos.a sp?id_ac=745>. Acesso em: março de Motores de Passo. Motor de Passo. Disponível em: 59

61 <http://www.geocities.com/collegepark/dor m/8863/motordepasso.htm>. Acesso em: março de NUNES, L. R. Sockets em Java. Disponível em: <http://www.sumersoft.com/publicacoes/so cketsemjava.pdf >. Acesso em: setembro de <http://www.criarweb.com/artigos/214.php>. Acesso em: março de TORRES, G. Pulse Width Modulation - Modulação por Largura de Pulso. Disponível em: <http://www.clubedohardware.com.br/dicio nario/termo/77>. Acesso em: março de MICROCHIP. Microchip Technology Inc, Microprocessador PIC16F917. Disponível em: <http://www.microchip.com/stellent/idcplg? IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335 &ddocname=en020202>. Acesso em: março de FERREIRA, G. F.; PURGER NT, H.; BUENO JR, M. S. L. Câmera Pan-Tilt. Engenharia Elétrica, Telecomunicações PUCPR. Curitiba, Projeto de Integrração. Disponível em: <http://www.ppgia.pucpr.br/~santin/ee/2005 /1s/5>. Acesso em: março de ENGEL, A. P.; CAVALOTTI, G. Mov Cam Engenharia Elétrica, Telecomunicações PUCPR. Curitiba, Projeto de Integração. Disponível em: <http://www.ppgia.pucpr.br/~santin/ee/2005 /2s/4>. Acesso em: março de CONQUEST. Transport - Conversor Serial/Ethernet. Disponível em: <http://www.comquest.com.br/automacao/tr ansport.asp>. Acesso em: agosto de SUN. The Source for Java Developers. Disponível em: <http://java.sun.com>. Acesso em: março de Guia do Hardware. Sistema de Vigilância Digital com ZoneMinder. Disponível em: <http://www.guiadohardware.net/tutoriais/si stema-vigilancia-zoneminder>. Acesso em: março de ALVAREZ, M. A. Streaming. Disponível em: 16. ECLIPSE. Eclipse - An open development platform. Disponível em: <http://www.eclipse.org>. Acesso em: março de BORLAND. Borland: Aberta a seus processos, ferramentas e plataformas. Disponível em: <http://www.borland.com/br>. Acesso em: março de

62 10.4. Manual 61

63 CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO PAULO ROBERTO GARDINI MIGUEL SISTEMA COMPUTACIONAL DE ALARME E VIGILÂNCIA VIA IP MANUAL TÉCNICO E MANUAL DO USUÁRIO Curitiba

64 Aviso Legal Esta publicação, incluindo imagens, ilustrações e software são de propriedade intelectual do autor. Nenhum conteúdo deste manual pode ser reproduzido sem o expresso consentimento do autor. As informações contidas nesse manual podem sofrer alterações sem nenhum aviso prévio. O autor se reserva ao direito de revisar e/ou alterar a publicação a qualquer instante, sem que seja obrigatório o informe a qualquer usuário. 63

65 Sumário 1. OBJETIVO REQUISITOS MÍNIMOS PARA O SISTEMA VISÃO GERAL DO SISTEMA HARDWARE DO SISTEMA WEBCAM MOTOR DE PASSO UNIDADE DE CONTROLE MÓDULO DE COMUNICAÇÃO SOFTWARE DO SISTEMA SOFTWARE DE STREAMING SOFTWARE DE CONTROLE Comandos de movimentação MONTAGEM E INSTALAÇÃO MONTAGEM Placa e Módulo de Comunicação Webcam e Servidor INSTALAÇÃO UTILIZANDO O SISTEMA SOFTWARE DE CONTROLE

66 1. Objetivo Esse manual tem como objetivo orientar o usuário a uma montagem, instalação e utilização correta do sistema. 2. Requisitos Mínimos para o Sistema Para um funcionamento correto do sistema, o ambiente a ser vigiado deve possuir um computador com as seguintes características: Acesso a Internet; Resolução de tela mínima de 800x600; 128 MB de RAM; 300 MB de espaço livre no disco rígido; Uma porta USB para conectar a webcam; Sistema Operacional Windows 98 ou superior; Software JMF2.1.1e disponível gratuitamente na Internet. 65

67 3. Visão Geral do Sistema O sistema consiste em um equipamento de vigilância para ambientes interno e/ou externo com comunicação via Internet Protocol (IP). O sistema é composto por uma câmera de vigilância, um motor que movimenta a câmera conforme o usuário comandar, um servidor que envia a imagem fornecida pela câmera ao usuário e um módulo de comunicação que faz a comunicação direta entre usuário e motor, via rede. Como mostra a Figura 1. Figura 34: Visão Geral do Sistema. 66

68 4. Hardware do Sistema O módulo de monitoramento (hardware) é constituído por quatro partes principais: a câmera, que captura as imagens; o motor de passo, que controla a movimentação da câmera no eixo horizontal; o módulo de comunicação, que converte os dados recebidos via rede do padrão Ethernet para o padrão Serial RS-232; e a unidade de controle, que recebe os comandos do usuário, já convertidos, interpreta-os, e os encaminha ao motor de passo. 4.1 Webcam A câmera para vigilância utilizada no projeto é uma webcam Genius Trek 310, trabalhando com resolução de 320X240 pixels e usando conexão USB. Desta forma, o servidor recebe as informações da câmera, transmitindo-as via internet para o usuário conectado. A comunicação entre a câmera e o usuário se dá via um servidor. Ele recebe as informações da câmera e do sensor via porta USB, interpreta essas informações e repassa-as para a rede, como mostra a Figura 2. Figura 35: Diagrama em blocos da conexão entre usuário e a webcam. 4.2 Motor de Passo A função do motor de passo no projeto é movimentar a câmera no eixo horizontal, dando ao usuário uma grande área de visão sobre o ambiente vigiado. Essa movimentação é angular, ou seja, a câmera se movimenta no seu próprio eixo vertical, como mostrado na Figura 3. 67

69 Figura 36: Movimentação da webcam. 4.3 Unidade de Controle A unidade de controle implementada no projeto é baseada no chip PIC16F917 e é responsável por receber comandos do usuário e, usando uma lógica interna programada, repassálos ao motor de passo corretamente. Figura 37: Diagrama da comunicação entre o usuário e o motor de passo. 4.4 Módulo de Comunicação O módulo de comunicação é parte fundamental do módulo de monitoramento do sistema. A comunicação direta do microcontrolador PIC16F917 com a Internet não é possível, pois os padrões de comunicação não são compatíveis. Por isso foi verificada a necessidade de um componente de conversão do padrão Ethernet utilizado em redes para o padrão Serial, legível para o microcontrolador. A Figura 5 ilustra o módulo de monitoramento. 68

70 Figura 38: Transport Platinum 200B. 69

71 5. Software do Sistema O software do projeto é dividido em três partes principais: 1) Aplicação Java para transmissão e recepção do vídeo, 2) Software de controle de movimentação 3) Software do microcontrolador. Cada uma das partes será explicada a seguir. A Figura 6 mostra uma visão geral dos softwares do sistema. Figura 39: Diagrama em blocos do Software do Sistema. 5.1 Software de Streaming A função desta aplicação no projeto é receber a imagem enviada pelo servidor, pela Internet, utilizando a técnica de streaming. Quando iniciada, a aplicação apresenta ao usuário duas janelas em seqüência. A primeira com um espaço para o usuário digitar o endereço de IP para o qual o servidor está transmitindo como mostra a Figura 7, e a segunda com um espaço para o número da porta para o qual o mesmo servidor está transmitindo como mostra a Figura 8. Figura 40: Janela de endereço IP. 70

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