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1 UNICENP - Centro Universitário Positivo Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas Curso de Engenharia da Computação GERENCIADOR DE AMBIENTES COMPUTACIONAIS Autor: Edson Marty Prof. Orientador: Marcelo Mikosz Gonçalves Curitiba 2003

2 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS... III LISTA DE FIGURAS...V LISTA DE TABELAS... VII RESUMO...IX ABSTRACT...X INTRODUÇÃO... 2 ESPECIFICAÇÃO DESCRIÇÃO EXPERIMENTO SNMP - Simple Network Management Protocol Software Gerenciador ESPECIFICAÇÃO DO HARDWARE Microcontrolador 805/ Placas-Mãe Ventilador Exaustor ou Ar Condicionado Lâmpadas Incandescentes Sensores Conversor Analógico / Digital Diagrama de Blocos do Hardware ESPECIFICAÇÃO DO SOFTWARE Ferramentas de Desenvolvimento Softwares no Sistema Diagramas de Blocos dos Softwares PROJETO VISÃO GERAL FUNCIONAMENTO DO SISTEMA Módulo Microcontrolador Módulo Sensor/Atuador Módulo Gerente Módulo Agente Descrição do Hardware Descrição do Software T ESTE DE VALIDAÇÃO M ÓDULOS EXTRAS ANÁLISE DE C USTOS i

3 3.6 CRONOGRAMA IMPLEMENTAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO DO HARDWARE Placa dos Sensores de Temperatura e Luminosidade Placa do Atua dor de Temperatura Placa de Atuador de Luminosidade Placa Controladora de Atuadores Placa do Conversor AD de Sensores para Microcontrolador Placa de Interconexões IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE Instalação Configuração Software Gerente Programa do Microcontrolador Arquitetura do criador de Agentes MIB Prototipada CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA ANEXO - MICROCONTROLADOR CARACTERÍSTICAS ANEXO 2 - KIT DIDÁTICO ANEXO 3 - LISTA DE COMPONENTES DO KIT DIDÁTICO ANEXO 4 - PROTÓTIPO FÍSICO ii

4 LISTA DE ABREVIATURAS ADC - Analog to Digital Converter; ASN. - Abstract Syntax Notation One; BER - Basic Encoding Rules; BTU - British Thermal Unit; CI - Circuito Integrado; CPU - Central Processing Unit; DAC - Digital to Analog Converter; DMA - Direct Memory Access (Acesso Direto á Memória); EEPROM - Electrically Erasable Programmable Ready Only Memory EPROM - Erasable Programmable Ready Only Memory E/S - Entrada / Saída; I/O - Input / Output; IRQ - Interrupt Request; KB - Kilo (Quilo) Byte ; LAN - Local Area Network ; LDR - Light Dependent Resistor; LSB - Lower Significative Bit; LUX - Unidade de medida de luz; MB - Mega Byte; MDF - Medium Density Fiberboard; MIB - Management Information Bases; NTC - Negative Temperature Coefficient; RAM - Random Access Memory (Memória de Acesso Randômico); ROM - Ready Only Memory (Memória de Apenas Leitura); RPM - Rotações Por Minuto; SNMP - Simple Network Management Protocol; SMI - Structure of Management Information ; OID - Object Identifiers; PC - Personal Computer; TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Protocolo de controle de transmissão/pr otocolo de internet); TTL - Transistor-Transistor Logic; iii

5 UART - Universal Assynchronous Receiver Transmitter; iv

6 LISTA DE FIGURAS FIGURA - DISSIPAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA DE UM PROCESSADOR PARA O MEI O. A CPU É O COMPONENTE QUE MAIS LIBERA CALOR DENTRE OS DISPOSITIVOS.... FIGURA 2 - ENERGIA CALORÍFICA SENDO LIBERADA DE UM PROCESSADOR....2 FIGURA 3 - EXEMPLO DE COMO É MELHOR ENVIAR A POTÊNCIA DISSIPADA PARA O AMBIENTE À MANTÊ-LA NO GABINETE, COMO FORMA DE EVITAR A QUEIMA DO COMPONENTE....3 FIGURA 4 DIAGRAMA EM BLOCOS GLOBAL DO SISTEMA GERENCIADOR DE AMBIENTES COMPUTACIONAIS....6 FIGURA 5 - AMBIENTE SEM E AMBIENTE COM O SISTEMA DE GERENCIAMENTO AMBIENTAL...7 FIGURA 6 - PROTOCOLO SNMP....9 FIGURA 7 - ARQUITETURA SNMP FIGURA 8 - HIERARQUIA MIB... 3 FIGURA 9 - SIMBOLOGIA E CONSTITUIÇÃO DO LDR... 9 FIGURA 0 - LINEARIDADE DO LDR FIGURA - C URVA DE RESISTÊNCIA POR TEMPERATURA DO NTC FIGURA 2 - DETECÇÃO DO SINAL ATRAVÉS DOS 256 NÍVEIS DO ADC... 2 FIGURA 3 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO HARDWARE DO SISTEMA FIGURA 4 - DIAGRAMA DE BLOCOS MOSTRANDO A CONEXÃO LAN ENTRE CLIENTES E SERVIDOR FIGURA 5 - DIAGRAMA DE BLOCOS : FUNCIONAMENTO DO PROGRAMA SECUNDÁRIO NO SERVIDOR FIGURA 6 - DIAGRAMA DE BLOCOS DOS SOFTWARES A SEREM UTILIZADOS FIGURA 7 - DESLOCAMENTO DA RETA DE LINEARIDADE DO LDR FIGURA 8 - ADAPTAÇÃO DO CIRCUITO DO LDR PARA ATENDER AS NEC ESSIDADES DO PROJETO FIGURA 9 - LINEARIZAÇÃO DOS NTCS DO PROJETO FIGURA 20 - RETAS DE LINEARIZAÇÃO DO NTC FIGURA 2 - R AMPA DE DESCIDA DO T ERMOPAR EM RELAÇÃO AO NTC FIGURA 22 SUBDIVISÃO LÓGICA INTERNA DO PROGRAMA DO GERENTE FIGURA 23 - CIRCUITO COM SENSORES DE DETECÇÃO DE LUMINOSIDADE E TEMPERATURA FIGURA 24 - CIRCUITO DO CONVERSOR ANALÓGICO / DIGITAL DOS SENSORES PARA O MICROCONTROLADOR.. 40 FIGURA 25 - CIRCUITO CONTROLADOR DAS LUZES DO AMBIENT E FIGURA 26 - CIRCUITO CONTROLADOR DA VENTOINHA EXAUSTORA DE AR QUENTE DO AMBIENTE FIGURA 27 - CIRCUITO QUE GERENCIA RÁ OS ATUADORES DO SISTEMA FIGURA 28 - CIRCUITO QUE PERMITIRÁ UM MELHOR CONTROLE DOS CABOS NO PROTÓT IPO FIGURA 29 - FLUXOGRAMA DO PROGRAMA ASSEMBLY PARA O MICROCONTROLADOR FIGURA 30 - T ELA DE ENTRADA DO PROJETO, PARA A ESCOLHA DA PORTA SERIAL A SER UT ILI ZADA PELO SISTEMA FIGURA 3 - M ENU PRINCIPAL DO AGENTE-SERVIDOR, SUB-ROTINA DO GERENTE FIGURA 32 - PARTE DO PROGRAMA QUE PERMITE EXECUTAR DIAGNÓSTICOS, ENVIANDO COMANDOS DIRETAMENTE AO MICROCONTROLADOR FIGURA 33 - DIAGRAMA DETALHANDO O MAPEAMENTO EM MEMÓRIA PARA SENSORES E ATUADORES FIGURA 34 - LAYOUT DA PLACA DOS SENSORES DE TEMPERATURA E LUMINOSIDADE v

7 FIGURA 35 - LAYOUT DA PLACA DO ATUADOR DE TEMPERATURA FIGURA 36 LAYOUT DA PLACA DE ATUADOR DE LUMINOSIDADE FIGURA 37 - LAYOUT DA PLACA FÍSICA DO CONTROLADOR DE ATUADORES FIGURA 38 - LAYOUT DA PLACA DO ADC FIGURA 39 - LAYOUT DA PLACA DE INTERCONEXÕES FIGURA 40 - ARUITETURA DO EXTENSIBLE AGENT SNMP FIGURA 4 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO MICROCONTROLADOR FIGURA 42 - ESQUEMÁTICO DA PLACA DIDÁTICA DO MICROCONTROLADOR FIGURA 43 - RECORTES DE MADEIRA DO TIPO MDF 6MM DO PROTÓTIPO FÍSICO vi

8 LISTA DE TABELAS T ABELA - NOTAÇÃO UTILIZADA NA DEFINIÇÃO ASN. PARA SEUS RESPECTIVOS TIPOS... 2 T ABELA 2 - DEFINIÇÕES E VALORES PARA O USO DO SENSOR DE LUZ NO PROJETO T ABELA 3 - RESULTADOS DO RESISTOR LINEARIZADOR DOS NTCS T ABELA 4 VALORES AFERIDOS DA RAMPA DE DESCIDA DO TERMOPAR X NTC T ABELA 5 - ENDEREÇAMENTO DOS SENSORES... 4 T ABELA 6 - ESTIMATIVA BRUTA DE CUSTOS DO PROJETO T ABELA 7 - CRONOGRAMA À CUMPRIR NO PROJETO DO SISTEMA vii

9 viii

10 RESUMO É um sistema autônomo para a gerência de ambientes onde existam vários computadores. Esses computadores podem influenciar nas variáveis ambientais de uma sala, aumentando a sua temperatura, por exemplo. O sistema será responsável por atuar nesses computadores, aquisicionando os dados necessários para o gerenciamento das condições ambientais desses micros, para que o sistema possa, assim, estimar o quanto de temperatura os computadores estarão dissipando para o ambiente e se será ou não necessária a intervenção de um dispositivo de refrigeração, como um exaustor ou ar condicionado. Também, o sistema será responsável por gerenciar a luminosidade do ambiente computacional. Estipulado um valor, o sistema será incumbido de atuar nas lâmpadas da sala, aumentando ou diminuindo a intensidade da luz, de acordo com o valor esperado. Será utilizado, entre o servidor e os clientes, o protocolo simple network management protocol (SNMP), que o controle da(s) sala(s) remotamente. A atuação no ambiente será executada por um sistema microcontrolado (Intel 803). Através desse microcontrolador, os valores dos sensores são lidos, convertidos e enviados para o computador servidor, conectado ao microcontrolador por uma porta serial. O processo de atuação nas variáveis ambientais é dado pelo mesmo princípio: o valor é enviado pela serial para o microcontrlador e esse envia para os atuadores os valores fornecidos. A gerência e o controle da sala, então, através do servidor que aquisiciona os dados pode ser definida por um gerente SNMP, remotamente, sem necessitar então, de haver um administrador controlando fisicamente o(s) ambiente(s). Palavras -chave: controle de ambientes, gerente, snmp, mib, micro-controlador, 805, temperatura, luminosidade. ix

11 ABSTRACT It is an independent system for the environment management where some computers exist. These computers can influence a room, increasing its temperature, for example. The system will be responsible for acting in these computers, acquiring the data necessary for the management of the ambient conditions of these PCs, so that the system can, thus, esteem how much of temperature the computers will be wasting for the environment and it will be or not necessary the intervention of a refrigeration device, as an exhaust fan or conditional air. Also, the system will be responsible for managing the luminosity of the computational environment. Stipulated a value, the system will be charged to act in the light bulbs of the room, increasing or diminishing the intensity of the light, in accordance with the expected value. It will be used, between the server and the customers, the protocol Simple Network Management Protocol (SNMP), that the control the rooms remotely. The performance in the environment will be executed by a microcontrolled system (Intel 803). Through this microcontroller, the values of the sensors are read, converted and envoy for the serving computer, hardwired to the microcon troller by a serial controller port. The process of performance in the ambient variable is given by the same principle: the serial port for the microcontrlador sends the value and this sends for the actuators the supplied values. The management and the control of the room, then, through the server who acquiring the data can be defined by a SNMP manager, remotely, without needing then, to have an administrator physically controlling the ambient. Key Words: ambient controller, management, snmp, mib, asn., microcontroller, 805. x

12 INTRODUÇÃO Hoje em dia, os computadores dissipam muito mais calor do que antigamente. Isso se deve ao fato de que agora, com mais transistores por área quadrada em uma pastilha de silício, aumentam-se também o processamento e a potência de funcionamento dos processadores e com isso, o calor dissipado será maior. Figura - Dissipação de energia térmica de um processador para o meio. A CPU é o componente que mais libera calor dentre os dispositivos.

13 Por este motivo é que existem vários meios para se tentar baixar essas temperaturas. Ventoinhas mais robustas, ventoinhas secundárias e direcionadores de ar são um dos recursos amplamente utilizados atualmente. Porém, ao resfriar internamente o computador, a energia calorífica gerada pelo mesmo computador será liberada para o ambiente. Porém, como o ambiente onde esse computador está é algumas vezes maior que a área interna do gabinete do micro, essa energia dissipa-se por todo o ambiente, não dando a sensação de aumento calorífico no ambiente. Aferindo-se por meio de termômetros, consegue-se, após algum tempo de processamento, verificar que o aumento da temperatura ambiental realmente ocorre. Figura 2 - Energia calorífica sendo liberada de um processador. 2

14 Sem uma apropriada ventilação interna, entretanto, maiores danos podem ocorrer com o processador e os componentes internos do computador. Então, é melhor enviar essa potência dissipada para o ambiente do que mantê-la dentro do gabinete. Abaixo, um exemplo de processador que não foi arrefecido de maneira eficiente e apropriado, causando a queima dos componentes. Figura 3 - Exemplo de como é melhor enviar a potência dissipada para o ambiente à mantê -la no gabinete, como forma de evitar a queima do componente. 3

15 Motivado a esse problema, tem-se por objetivo realizar um controle autônomo das variáveis ambientais de um ambiente computacional, a fim de evitar problemas de superaquecimento em dispositivos, manter as variáveis controladas a níveis aceitáveis e constantes e também, manter o bem estar para os ocupantes da sala. Para tanto, como proposta, tem-se a criação de um dispositivo capaz de realizar a detecção das mais diversas variáveis ambientais (temperatura, luminosidade, pressão, etc) e tratá-las, atuando para que elas mantenham-se constantes ou com valores aceitáveis e não prejudiciais aos dispositivos internos e os ocupantes da sala. 4

16 2 ESPECIFICAÇÃO O estudo de um sistema envolve diversos tipos de variáveis. Ao estudar o projeto, devemos especificá-las e estudá-las de maneira a não confundirmos o objetivo final da proposta. Uma especificação usa diversas notações para descrever de uma maneira precisa as propriedades que um sistema deve ter. Para atingir a especificação, passamos por um processo de entendimento das diversas variáveis do problema. A seguir, será apresentada a especificação do projeto de gerenciamento de ambientes computacionais. 2. Descrição O Sistema Gerenciador de Ambientes Computa cionais será um sistema autônomo para a gerência de ambientes onde existam vários computadores. Esses computadores podem influenciar uma sala, aumentando a sua temperatura, por exemplo. O sistema será responsável por atuar nesses computadores, aquisicionando os dados necessários para o gerenciamento das condições ambientais de onde esses computadores estarão, para que o sistema possa, assim, estimar o quanto de temperatura os computadores estarão dissipando para o ambiente e se será ou não necessária a intervenção de um dispositivo de refrigeração, como um exaustor ou ar condicionado. Também, o sistema será responsável por gerenciar a luminosidade do ambiente computacional. Estipulado um valor, o sistema será incumbido de atuar nas lâmpadas da sala, aumentando ou diminuindo a intensidade da luz, de acordo com o valor esperado. Um diagrama em blocos global do sistema é apresentado na Figura 4. 5

17 Luz Sensor de Luminosidade Cada CPU rodando um Agente Exaustor Cabo do atuador Cliente Cliente 2 Cliente 3... Cliente n LAN LAN LAN LAN Sensor de Temperatura Externo Sensor de Temperatura Interno Cabo do atuador Soquetes extras para sensores / atuadores Serial RS-232 Servidor Aquisicionamento de dados dos Clientes SALA COMPUTACIONAL Kit microcontrola dor 805/3 AMBIENTE EXTERNO Figura 4 Diagrama em blocos global do Sistema Gerenciador de A mbientes Computacionais. 6

18 2.2 Experimento Esse experimento visa automatizar o controle ambiental, através da gerência de variáveis ambientais, monitorando e atuando sobre elas, mantendo os valores sempre a um nível pré-determinado, para que com isso, sejam melhoradas as condições do local para os integrantes da sala computacional. Isso é válido para o sensor e atuador de luminosidade. Já para o sensor e atuador de temperatura, consegue -se, além de prover conforto para os ocupantes da sala, manter a durabilid ade dos equipamentos, fazendo com que eles não sofram as variações de temperatura. Uma visão global dos resultados desse experimento é mostrado na Figura 5. Figura 5 - Ambiente sem e ambiente com o sistema de gerenciamento ambiental. 7

19 2.2. SNMP - Simple Network Management Protocol Para o correto funcionamento de um sistema gerenciador, há a necessidade de um protocolo que trate os dados para essa funcionalidade. O protocolo SNMP será utilizado para simplific ar o processo de desenvolvimento do sistema. Ele possui todos os recursos necessários para o desenvolvimento do Gerenciador de Ambientes Computacionais, não havendo, portanto, a necessidade de realizar uma implementação proprietária. O SNMP é um padrão para gerenciamento de uma Intranet ou até mesmo de uma sub-rede na Internet [ 2 ]. No projeto, o SNMP será utilizado como uma forma de tornar o Gerenciador Ambiental de Salas Computacionais, um sistema distribuído. Como vantagens, o SNMP possui a característica de ser amplamente difundido e de possuir uma fácil implementação. O SNMP é composto de um protocolo para troca de mensagens e de padrões para estruturar a informação Informações de Gerência As informações de gerência enviados pelo protocolo SNMP são armazenadas em MIBs (Management Information Bases), um banco de dados que formará uma base de conhecimento para o gerente SNMP. Esses objetos gerenciais são definidos através da SMI (Structure of Management Information), que nada mais é do que uma estrutura padronizada para as informações de gerência [ 7 ]. Essas informações de gerência são transportadas através do protocolo SNMP até o seu destino, que será um software de gerência SNMP, que no caso do sistema em questão, será o HP OpenView. Na Figura 6, é apresentado o funcionamento do protocolo SNMP. 8

20 Figura 6 - Protocolo SNMP. 9

21 SMI - Structure of Management Information O SNMP possui um sistema hierárquico de organização estrutural - ver Figura 7. Deve-se ter conhecimento de como ela funciona, para entender como o SNMP funcionará no projeto [ 7 ]. A SMI possui uma característica de definição lógica das informações. Ela é composta dos seguintes elementos: Nome dos Objetos gerenciados: OIDs (Object Identifiers) Sintaxe dos dados: ASN. (Abstract Syntax Notation ) Sintaxe de transferência: BER (Basic Encoding Rules) Figura 7 - Arquitetura SNMP. 0

22 ASN. - Abstract Syntax Notation One Trata-se da linguagem de descrição dos dados nos padrões de normas de definição. Sua definição é em formato texto não ambíguo para facilitar a utilização por linguagens de programação. A ASN. permite definir modelos de dados para facilitar o uso por vários objetos a um mesmo tipo de definição. A ASN., por se tratar de um formato independente de plataforma e máquina, torna o SNMP viável para lugares onde a demanda gerencial da rede é realmente ne cessária, não confrontando-se com o sistema utilizado em servidores de rede, por exemplo. Por esse motivo, a implementação dos dados não é considerada ao utilizar-se a ASN. [ 2 ] Sintaxe Básica em ASN. Tipos de dados: Primitivos: Integer, Octet String, Object Identifier, Null; Subtipos de dados: Construtores: Listas e tabelas. Definidos: Nomes alternativos para tipos ASN..

23 Convenções ASN. A notação utilizada para definir uma ASN. utiliza algumas convenções: Item Convenção Exemplo tipo inicial maiúscula DisplayString valor inicial minúscula TRUE identificador inicial minúscula sysdescr palavras-chave todas maiúsculas INTEGER macros todas maiúsculas OBJECT-TYPE módulos inicial maiúscula Oreilly-MIB Tabela - Notação utilizada na definição ASN. para seus respectivos tipos BER Define a codificação dos dados para a transferência. É o formato utilizado no projeto, por uma MIB. Os dados contidos na MIB estão todos codificados no padrão BER - Basic Encoding Rules. Utiliza o formato TVL (Type-Lenght-Value) para a codificação [ 7]. Onde: Type: Define o tipo ASN. e informações complementares; Lenght: Define o tamanho de representação dos dados; Value: Define a string de octetos contendo o valor dos dados. A estrutura de codificação é recursiva. 2

24 MIB O projeto do Gerenciador Ambiental de Salas Computacionais possuirá scripts (arquivos texto contendo uma execução de comandos), para o controle dos atuadores e dos sensores no sistema. A esse script, dá-se o nome de MIB, Management Information Bases [ 2]. Essa MIB será executada pelo protocolo SNMP, que é parte integrante do projeto. A MIB define a informação em uma estrutura hierárquica. Onde: Suas folhas definem a informação; Os demais nós definem a estrutura; Os nós são numerados para facilitar o acesso. Vale lembrar que a MIB não contém os dados reais, apenas organiza-os de forma adequada. O modo de visualização da hierarquia MIB é mostrado abaixo. Figura 8 - Hierarquia MIB. 3

25 Exemplo da utilização da MIB - Grupo system Para facilitar o entendimento do que é propriamente dito uma MIB, será mostrado a seguir, um exemplo de um arquivo MIB criado pelo administrador da rede SNMP, para a execução de alguma determinada tarefa. Nome: iso.org.dod.internet.mgmt.mib-2.system OID: Componentes: sysdescr (): descrição do sistema; sysobjectid (2): OID de registro (private vendors); sysuptime (3): tempo de atividade (/00 s); syscontact (4): pessoa ou grupo responsável pelo nó; sysname (5): nome do nó na rede; syslocation (6): localização física do nó; sysservices (7): flags indicando serviços suportados. Utilizando esse grupo para definir um sistema real, teríamos algo do tipo: system.sysdescr.0 = OCTET STRING: "Image: rel/.02 Created on Sat Jan 28 22:47:33 EDT 999." system.sysobjectid.0 = OBJECT IDENTIFIER: enterprises.8.3 system.sysuptime.0 = Timeticks: (969692) 2:4:36 system.syscontact.0 = OCTET STRING: "Edson Marty" system.sysname.0 = OCTET STRING: "Gerenciador de Ambientes Computacionais" system.syslocation.0 = OCTET STRING: "Sala com 8 computadores" system.sysservices.0 = INTEGER: 78 4

26 Operações Básicas SNMP GET / GET-NEXT O gerente busca informações dos agentes; É o meio de acesso para a leitura das MIBs SET O gerente modifica informações dos agentes; É o meio de acessos em escrita as MIBs TRAP Os agentes enviam informações não solicitadas aos gerentes, informando eventos importantes. 5

27 2.2.2 Software Gerenciador Será utilizado um software para gerencia computacional já existente, rodando sobre a base do protocolo SNMP, chamado OpenView Network Node Manager, da HP. Será utilizado em conjunto, clientes usando o mesmo protocolo, para poder com isso, realizar a comunicação com o gerente. O objetivo principal da criação de uma base rodando sobre o protocolo SNMP é de realizar o controle da(s) sala(s) à distância, não necessitando obrigatóriamente o administrador estar presente no local das salas para realizar esse controle. Isso garante flexibilidade de autonomia para o sistema. Remotamente, poderá ser controladas as variáveis de temperatura e luminosidade, bem como qualquer outro módulo de sensor acoplado ao sistema, de acordo com capítulo 2.3.7, referente ao detalhamento dos soquetes de expansão. 6

28 2.3 ESPECIFICAÇÃO DO HARDWARE 2.3. Microcontrolador 805/3 No sistema gerenciador será utilizado um microcontrolador para executar as funções de automatização realizada pelo hardware do sistema. O microcontrolador escolhido para tanto, é o microcontrolador da Intel, o 805/3, abordado em [ ]. O microcontrolador 805/3 será utilizado devido a sua facilidade de implementação, quantidade de recursos, pelo seu tamanho diminuto e principalmente, devido ao fato de se possuir conhecimentos a priori adquiridos, pois esse microcontrolador foi amplamente estudado e utilizado durante a graduação. Informações detalhadas sobre o microcontrolador estão indicadas no ANEXO - Microcontrolador Características Placas -Mãe Placas-mãe são os dispositivos dentro de um computador, onde são conectados todos os dispositivos necessários ao funcionamento de um computador por completo. Nelas são conectados os processadores, as memórias, placas em geral, etc. No sistema de Gerência Ambiental, as placas-mãe deverão possuir sensores na placa-mãe (on-board) de velocidade do ventilador, temperatura da placa-mãe e temperatura do processador, para que seja possível aquisicionar esses parâmetros e enviá -los para o sistema realizar a análise cuja qual indicará se alguma máquina está superaquecida, com problemas, etc (ver o capítulo 3.4, referente aos Módulos Extras) Ventilador Exaustor ou Ar Condicionado O ventilador exaustor de ar quente do ambiente computacional para o ambiente externo deverá ter a capacidade tal que consiga suprir a demanda da sala. Então, o exaustor possuirá uma especificação dinâmica, que dependerá apenas do tamanho da sala computacional a ser gerenciada. O sistema projetado terá a capacidade genérica de trabalhar com qualquer tipo de exaustor, bastando-se para isso, implementar-se um módulo compatível com o dispositivo em questão. Assim como o exaustor, o ar condicionado possui a mesma função de retirar o ar quente do ambiente, liberando-o para o ambiente externo. No ar condicionado, a diferença 7

29 fica por conta do método de como isso é feito. Um gás existente dentro do ar condicionado resfria o ar que está na sala e um duto fica responsável de enviar o calor gerado com esse processo, para fora da sala. Assim como o exaustor, no ar condicionado deve calcular a potência do ar condicionado, em relação à sala computacional. Essa medida é calculada através da BTU (British Thermal Unit). O condicionamento da sala através de ar condicionado será um módulo extra a esse projeto final. Para maiores informações, referencie-se ao capítulo Módulos Extras. A implementação será feita inicialmente com o ventilador exaustor devido a facilidade de como se trabalha com ele. Já com o ar condicionado, deve possuir um estudo mais aprimorado de como implementar uma lógica para gerenciá-lo de maneira correta Lâmpadas Incandescentes A luz fornecida pela lâmpada incandescente é resultante do aquecimento de um fio, pela passagem de corrente elétrica, até a incandescência. As lâmpadas incandescentes comuns são compostas de um bulbo de vidro incolor ou leitoso, de uma base de cobre ou outras ligas e um conjunto de peças que contém o filamento que é a peça mais importante. O filamento é feito geralmente de tungstênio, que tem o ponto de fusão de aproximadamente 3400 C. Este filamento sob a forma de espiral fica dentro da lâmpada no vácuo para evitar que ele se queime. A sala controlada pelo sistema deverá possuir lâmpadas incandescentes para que o controle seja efetivado com sucesso. Em um módulo extra (ve r capítulo 3.4), poderá ser implementado o controle de lâmpadas fluorescentes Sensores Por definição, um sensor é um dispositivo capaz de converter um tipo de energia em energia elétrica. Nesse projeto, poderá ser utilizado qualquer tipo de sensor que sirva com a função de gerenciar um ambiente computacional. Essa característica indica a possibilidade irrestrita de expansão que o sistema possui, visto que o que restringirá o projeto é apenas a idéia de utilização do sistema por parte do administrador do ambiente. No sistema básico, existirão dois sensores funcionais: o sensor de temperatura - NTC (externo e interno) e o sensor de luminosidade - LDR (interno à sala). 8

30 LDR - Light Dependent Resistor Também chamado de célula fotocondutiva, ou ainda de foto-resistência, o LDR é um dispositivo semicondutor de dois terminais, cuja resistência varia linearmente com a intensidade de luz incidente, obedecendo à equação R = C.L.a, onde L é a luminosidade em Lux, C e a são constantes dependentes do processo de fabricação e material utilizado. O LDR tem sua resistência diminuída ao ser iluminado. A energia luminosa desloca elétrons da camada de valência para a de condução (mais longe do núcleo), aumentando o número destes, diminuindo a resistência. Sua parte sensível é composta de Sulfeto de Cádmio. Conforme aumenta a intensidade de luz incidente no LDR, um número maior de elétrons na estrutura tem também seu nível de energia aumentado, devido à aquisição da energia entregue pelos fótons. O resultado é o aumento de elétrons livres e elétrons fracamente presos ao núcleo. Podemos ver na Figura 9, a simbologia e a constituição interna de um LDR e na Figura 0, sua linearidade, proveniente das informações técnicas do componente. Figura 9 - Simbologia e constituição do LDR. 9

31 R(Ω) 00K 0K K 00 LDR Figura 0 - Linearidade do LDR. Luminosidade (LUX) As tabelas de resultados que serão utilizados no projeto estão amostradas no capítulo NTC - Negative Temperature Coefficient Trata-se de um sensor de temperatura, cuja sigla significa Coeficiente Térmico Negativo. Existe também, o PTC, que é o Coeficiente Térmico Positivo, porém, será utilizado no projeto o NTC, pois foi mais fácil encontrar no mercado. Enquanto no NTC, quanto maior a resistência, menor será a temperatura do sistema, no PTC, quanto maior a resistência, maior será a temperatura. A visualização do gráfico Resistência x Temperatura, na Figura, proveniente das informações técnicas do componente, indica uma curva. Por esse motivo, devemos realizar uma linearização (ver capítulo ), para que a temperatura seja amostrada progressivamente e não exponencialmente. Um fator de decisão para a escolha do NTC foi, também, a forma da curva apresentada por ele, menos irregular do que a do PTC. R(Ω) 00K PTC 0K K NTC T(ºC) Figura - Curva de Resistência por Temperatura do NTC. 20

32 2.3.6 Conversor Analógico / Digital O ADC utilizado foi o ADC0808, que possui 256 níveis de sinal. A sua detecção é simples. Dado um sinal, ele compara entre uma faixa de interesse, se o sinal está acima ou abaixo dela. Caso esteja acima, o novo sinal de comparação subirá. Caso esteja abaixo da faixa, o novo sinal de comparação descerá. Com isso, o sinal vai sendo detectado por completo até realizar o 256º comparativo e finalizar a detecção do sinal, como mostrado na Figura 2. O sinal real terá um erro muito pequeno em relação ao sinal capturado pelo ADC, devido aos seus 256 comparativos de aproximação sucessiva. Para uma outra abordagem, refira-se à [ 3 ]. Sinal digital detectado através do sinal analógico Figura 2 - Detecção do sinal através dos 256 níveis do ADC. 2

33 2.3.7 Diagrama de Blocos do Hardware Será utilizada a placa didática montada e testada durante o curso de Engenharia da Computação, no terceiro ano. Serão acrescentados os seguintes módulos: Módulo de Temperatura, Módulo de Luminosidade, Módulo de Soquetes de Expansão, Módulo dos Sensores e um Módulo de Lógica Operacional do sistema. Um esquemático é mostrado na Figura 3, abaixo. Serial RS-232 (DB-9) Kit didático do microcontrolad or 805/3 Temperatura LÓGICA Luminosidade Memória Externa Soquetes extras (expansibilidade) Soquetes para sensores e/ou atuadores Sensores Figura 3 - Diagrama de Blocos do hardware do sistema. 22

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