Estação Meteorológica com Comunicação por SMS

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1 Centro Universitário Positivo - UnicenP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas NCET Engenharia da Computação Shimene Priscilla Gomes Estação Meteorológica com Comunicação por SMS Curitiba 2004

2 Centro Universitário Positivo - UnicenP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas NCET Engenharia da Computação Shimene Priscilla Gomes Estação Meteorológica com Comunicação por SMS Monografia apresentada à disciplina de Projeto Final, como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação. Orientador: Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves Curitiba 2004

3 TERMO DE APROVAÇÃO Shimene Priscilla Gomes Estação Meteorológica com Comunicação por SMS Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinadora: Prof. Marcelo Mikosz (Orientador) Prof. Laerte Cleto Prof. Edson Pedro Ferlin Curitiba, 01 de Janeiro de 2003

4 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus por ter me dado a vida, e por ter superado cada desafio durante esses 5 anos. Dedico essa vitória aos meus pais, que sempre me deram forças para continuar trilhando o caminho que escolhi. Mãe, muito obrigada pelo carinho, dedicação e principalmente pelas palavras doces nos momentos difíceis, que me deram coragem para não desistir. Obrigada pelas noites de sono que perdeu trabalhando em busca de proporcionar-nos uma educação melhor e uma vida mais confortável, é com certeza conseguiu, essa conquista é sua! Pai, obrigada por todo amor, carinho e principalmente pelas palavras certas nas horas certas, palavras duras, porém muitas vezes me fizeram refletir e mudar a direção do meu caminho. Agradeço por sua luta, onde sempre procurou superar os desafios de cabeça erguida, enfim sua presença sempre forte, foi um espelho de honestidade, integridade e honra para nós, tenho muito orgulho de ser sua filha! Shaia, obrigada pela irmã dedicada, pelas vibrações positivas e por muitas vezes me dar seu colo nos momentos de angústia. Simba, obrigada por ficar ao meu lado até altas horas, eu sei que você não fala, porém nunca me senti sozinha! Fernando, meu amor, agradeço por todo seu carinho e compreensão devido a minha ausência, e pelas palavras de incentivo. Dedico a conclusão deste projeto em especial a um grande amigo Vilson Rodrigo Mognon (Engenheiro Eletrônico e Mestre em Engenharia Elétrica), que me ajudou a desenvolvê-lo e a implementá-lo, você é o meu grande mestre. Agradeço ao pai-orientador Marcelo Mikosz pela dedicação e atenção, e ao meu grande amigo Leonardo Saba pela presença alegre, e descontraída.

5 SUMÁRIO 1. Introdução Revisão da Literatura A Estação Meteorológica por Comunicação Móvel Módulos da Estação Meteorológica Fundamentação Teórica da Estação Meteorológica Objetivo, Materiais e Métodos Funções do Sistema Aquisição de dados e Endereçamento dos Sensores Endereçamento dos Sensores Protocolo de Comunicação e Codificação dos Dados Temporização da Aquisição O Microcontrolador ATmega Funções Básicas do Microcontrolador ATMEGA Os Sensores Meteorológicos O Pluviômetro (Sensor de Índice de Precipitação Pluvial) O Barômetro (Sensor de Pressão) Sensor de Temperatura Descrição do Sensor de Temperatura Tmp Registrador de Temperatura Sensor de Umidade Relativa Sensor de Velocidade e Direção do Vento Módulo de Transmissão e Recebimento de SMS Fluxograma para Envio e Recebimento de Mensagens SMS por Comandos AT Modem GSM WaveCom Funcionalidades RF (Radiofreqüência) Firmware Interfaces Comandos OpenAT Software de Gerenciamento dos Dados Atualização dos dados Ambiente de Desenvolvimento Implementação do Software de Gerenciamento Diagrama de Caso de Uso Roteiros Diagrama de Classes Diagrama de Classes de Negócios Diagrama de Colaboração Interface com Usuário Módulo Adicional Linguagem de Programação Resultados e Discussão Aquisição dos dados e Endereçamento dos sensores Conclusões Referências Bibliográficas Anexo 1 - Cronograma Projeto Final Anexo 2 - Descrição detalhada dos Comandos AT...73

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Diagrama de Blocos básico dos Módulos Integrados do Sistema....9 Figura 2. Diagrama em Blocos da Estação Meteorológica...10 Figura 3. Diagrama de blocos da Estação COLPAM Figura 4. Estrutura Metálica da Estação Colpam Figura 5. Estação Meteorológia Wireless Ws Figura 6. Estados dos sensores gerenciados pelo microcontrolador Figura 7. Representação do Endereçamento dos Pinos e o Endereço Escravo no TMP Figura 8. Diagrama de Tempo para Configuração do TMP Figura 9. Byte de Registro e Configuração do Formato do Registrador Figura 10. Diagrama de Tempo para Leitura da Temperatura do TMP Figura 11. Estrutura Hierárquica do Protocolo de Comunicação 1-Wire...19 Figura 12. Representação da Memória ROM...19 Figura 13. Representação do Protocolo de Comunicação Figura 14. Diagrama em Blocos da Arquitetura do Microcontrolador ATmega Figura 15. Diagrama Esquemático do circuito da Estação Meteorológica...26 Figura 16. Estrutura Mecanica do Pluviômetro...28 Figura 17. Diagrama esquemático do Sensor de Índice de Precipitação Pluvial...30 Figura 18. Configuração da rede 1-Wire...31 Figura 19. Diagrama esquemática do Barômetro (Sensor de Pressão)...31 Figura 20. Diagrama em blocos do Sensor de Temperatura Tmp Figura 21. Diagrama Esquemático do Sensor de Temperatura TMP Figura 22. Byte 1 do Registrador de Temperatura...33 Figura 23. Byte 2 do Registrador de Temperatura Figura 24. Formatação de Dados da Temperatura...34 Figura 25. Ilustração do Sensor de Umidade Relativa HIH Figura 26. Tensão de saída versus temperatura em 0º C, 25ºC e 85ºC...35 Figura 27. Diagrama Esquemática do Sensor de Umidade Relativa...36 Figura 28.Ilustração do Sensor de Velocidade e Direção do Vento...38 Figura 29. Diagrama Esquemático do Sensor de Velocidade e Direção do Vento...38 Figura 30. Diagrama em Blocos da Transmissão SMS Figura 31. Cartão PCMCIA GTran Wireless...43 Figura 32. Modem DTSS-800(Tecnologia CDMA 1xRTT)...44 Figura 33. Arquitetura funcional interna do Módulo WaveCom...46 Figura 34. Módulo do Modem Wavecom...48 Figura 35. Foto do Módulo do Modem Wavecom...49 Figura 36. Tela de Configura Tempo de Aquisição Figura 37. Tela de Aquisição...58 Figura 38. Tela de Cadastro de Funcionários...60 Figura 39. Diagrama em blocos do armazenamento das informações, conversão dos dados e o recurso adicional (trigger) Figura 40. Website DavisNet, as informações são atualizadas em tempo real...64

7 LISTA DE SIGLAS 1xRTT - 1xRadio Transmission Technology APIs - Application Programming Interfaces CMOS Metal Oxide Semiconductor CRC - Check Redundancy Cyclic GPRS - General Packet Radio Service I2C - Interface Compability 2 Wire POO - Programação Orientada a Objetos RAM Read Access Memory ROM Read Only Memory RH Relative Humidity SMS - Short Message Service SPI Serial Program Interface

8 RESUMO A Meteorologia é um fator determinante para todos, principalmente para pessoas que necessitam destas informações para executar suas atividades, como por exemplo, esportistas e agricultores. Portanto, a Estação Meteorológica com Comunicação por SMS, tem como principal objetivo realizar a aquisição de dados climáticos que são gerados por sinais inerentes ao meio, para tanto utiliza-se sensores especiais: índice de precipitação pluvial, umidade relativa, pressão, temperatura, direção e velocidade do vento; os dados aquisicionados são transmitidos em uma mensagem SMS, atualizando em tempo real as informações referentes às condições climáticas em um Website.

9 ABSTRACT The Meteorology is a decisive factor for all, mainly for people that need these information to execute their activities, for example, sportsmen and farmers. Therefore, the Meteorological Station with Communication for SMS, has as main objective to accomplish the acquisition of climatic data that they are generated by inherent signs to the environment for so much is used sensor special: index of pluvial precipitation, relative humidity, pressure, temperature, wind direction and speed; the data are transmitted in a message SMS, updating in real time the information regarding the climatic conditions in a Website.

10 5 1. INTRODUÇÃO Há vários séculos, o homem se mantém preocupado em adquirir informações sobre as condições climáticas. Atualmente, com advento da tecnologia dos sistemas de comunicação, essas informações tornaram-se mais acessíveis, sendo um fator determinante para pessoas que dependem dela para executar suas atividades. A Estação Meteorológica tem com objetivo realizar aquisição de dados referente a condições climáticas através de sensores especiais, e interpretá-los, para gerar estatísticas das condições de uma certa região, e disponibilizar estas informações ao cliente. É importante ressaltar que não se trata de um equipamento capaz de comparar dados e realizar previsão do tempo, e sim informar ao usuário sobre as condições em um período que pode ser estabelecido pelo mesmo. Os sensores a serem utilizados para aquisicionar estes dados são relativos à temperatura, índice de precipitação pluvial, sensores de umidade relativa, direção e velocidade do vento, e pressão. O projeto da Estação Meteorológica por Comunicação Móvel aplica-se principalmente a esportistas, agricultores, centros meteorológicos; os quais dependem de fatores como as condições climáticas para praticar esportes, analisar qual o melhor período para o plantio e realizar a monitoração de uma determinada região, respectivamente. As consultas a estas informações podem ser efetuadas através de um sistema de gerenciamento ou em um website, que são atualizadas através de mensagens instantâneas (SMS). Atualmente, as estações meteorológicas que são instaladas em campo são alimentadas por energia solar, e as informações são coletadas localmente, através de um cartão de memória, ou transmitidas via radiofreqüência. A transmissão via aparelhos de comunicação móvel oferece uma inovação, e agrega muitos benefícios como a segurança de informações, a velocidade e praticidade da consulta via Internet ou via celular. As principais metas a serem alcançadas ao longo do projeto são a aquisição dos dados gerados pelos sensores relativos a condições climáticas; o tratamento e a interpretação desses dados, a fim de gerarem estatísticas, as quais podem ser consultadas, utilizando os parâmetros, como por exemplo, um dado período, ou um range de temperatura. Contudo, a transmissão via comunicação móvel por mensagens instantâneas é um grande desafio, porque trata-se da transmissão e recepção de

11 dados serialmente através de um modem, e para tanto faz-se necessário a implementação de um protocolo de comunicação para a codificação destes dados. 6

12 7 2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1. A Estação Meteorológica por Comunicação Móvel A Estação Meteorológica por Comunicação Móvel utiliza sensores especiais, cujo principio básico é adquirir sinais analógicos inerentes ao meio e convertê-los digitalmente, a fim de gerar informações. No mercado há diversos sensores utilizados, porém foram estudados os principais e mais usuais para a composição de uma estação, são eles: Pluviômetro: mede o índice de precipitação pluvial, através de um equipamento capaz mesurar a quantidade de chuva em período selecionado; Anemômetro: consiste em equipamento capaz de apresentar a direção e velocidade do vento, por exemplo, se está para o Norte, Sul, Leste, Oeste, Centro-Oeste, Nordeste, Noroeste e Sudoeste; Sensor de Umidade: mensura qual é umidade relativa do ar; Sensor de Temperatura: mensura qual é a temperatura climática; Barômetro: mensura qual é a pressão do ar; Os sensores selecionados para a composição, foram os sensores de temperatura, o anemômetro e pluviômetro, porém é possível ser expandido para os sensores listados acima. A aquisição dos dados é realizada de acordo com um temporizador, o qual recebe dados de cada um dos sensores em intervalos de tempo estipulados através do microcontrolador, estes são armazenados em memória para posterior transmissão. Embora estes sejam representados binariamente, é necessário realizar uma conversão desses dados recebidos para visualização no display, isto é, transformá-los em medidas relativas a temperatura, umidade, quantidade de chuva, pressão, direção e velocidade do vento. Contudo, é necessária a codificação destes dados binários de acordo com a resolução pertinente a cada sensor, para posteriormente realizar a transmissão serial através do microcontrolador para um aparelho de celular, este por sua vez, cria uma mensagem instantânea (SMS), onde está encapsulado o pacote referente às informações de cada sensor. O modem receptor, realiza o desencapsulamento

13 8 do pacote, e a decodificação destes dados, transformando-os em medidas reais e atualizando no software de gerenciamento, o qual poderá também enviar mensagens SMS para o celular do cliente, de acordo com as necessidades específicas do mesmo Módulos da Estação Meteorológica O projeto da Estação Meteorológica foi segmentado em quatro módulos, Aquisição e Temporização da recepção dos dados, Encapsulamento, Transmissão SMS, Recepção SMS e Atualização das informações, detalhadamente são: Módulo de Aquisição e Temporização da recepção: Os dados são aquisicionados através de sensores relativos a cada fenômeno climático. O microcontrolador realiza a temporização para a habilitação do barramento efetuando a leitura dos sensores, ou seja, é pré-estabelecido um intervalo de tempo para a coleta de dados de cada sensor, o qual pode ser previamente configurável. Por exemplo: um segundo de intervalo para a transferência dos dados digitais do sensor de temperatura, então no próximo intervalo fixo realiza a leitura para o sensor de velocidade do vento, e assim sucessivamente; Módulo Encapsulamento: os dados recebidos referente à aquisição de cada sensor são codificados de acordo com a resolução de cada um e armazenados em um pacote de 140 bytes para encapsulamento em um pacote SMS, sendo possível realizar aquisição de várias amostras. A codificação faz-se necessária para garantir a integridade dos dados. Módulo de Transmissão SMS: o pacote SMS é extraído da memória após ser realizada a codificação para o encapsulamento, totalizando 140 bytes. A transmissão é realizada através de uma seqüência de comandos específicos, utilizados também para habilitação do módulo, como também, para a recepção, posteriormente estes dados são decodificados, e convertidos em informações interpretáveis. As mensagens instantâneas são enviadas a uma velocidade de aproximadamente 144 Kbps, porém limitada pela velocidade de transmissão serial que tem como padrão 112,5 Kbps; uma outra limitação significativa está no tamanho da mensagem o qual é de no máximo de 144 bytes, limitando o número de amostras;

14 9 Módulo Recepção SMS e Atualização: é responsável pela extração dos dados do SMS e pela decodificação onde é realizado a conversão destes dados codificados em informações reais, então é efetuada a atualização em um software de gerenciamento, propiciando a consulta, através do banco de dados. A representação dos módulos pode ser visualizada na figura 1. Aquisição e Temporização de recepção Encapsulamento Transmissão SMS Recepção SMS e Atualização Figura 1. Diagrama de Blocos básico dos Módulos Integrados do Sistema. É importante lembrar que como é ilustrado não há realimentação do sistema, sendo o ponto inicial os sensores, são responsáveis pela transformação de energias mecânicas em elétrica, e o final o cliente o qual receberá as informações referentes às condições climáticas Fundamentação Teórica da Estação Meteorológica A estação Meteorológica consiste em um equipamento capaz de aquisicionar dados sobre as condições climáticas através de sensores especiais para tanto, serão utilizados alguns dos existentes no mercado, são relativos à temperatura, índice de precipitação pluvial, sensores de umidade relativa, direção e velocidade do vento, e pressão. Muitas das estações do mercado possuem tais sensores, porém realizam a medição e armazenamento do parâmetro ambiental em um intervalo de tempo previamente ajustado no próprio equipamento, sendo os dados armazenados em memória, e coletados através de um leitor de memória serial, ou transmitidos via radiofreqüência. A energia é mantida através de um painel solar. No mercado há vários modelos de estações meteorológicas, as mais rústicas utilizam a transferências dos dados aquisicionados através de um simples cartão de memória. Porém, as modernas utilizam transmissões via radiofreqüência ou até mesmo via satélite; onde é possível obter imagens de uma determinada região, observando as direções das correntes marítimas. É importante ressaltar, que o uso da transmissão via

15 10 SMS é uma grande inovação e grande tendência, sendo as principais vantagens: a velocidade da transmissão, a confiabilidade por uso um serviço de comunicação móvel popular e o baixo custo; sendo possível encapsular várias amostras aquisicionadas dentro de um único SMS. O diagrama em blocos representado na figura 2 ilustra basicamente a funcionalidade de cada módulos discorrido. Display LCD Atmega161 Encapsulamento dos dados Coleta Software de Gerenciamento Website Alimentação da Estação Meteorológica Módulo Adicional Bateria 12V Regulador 5V Figura 2. Diagrama em Blocos da Estação Meteorológica. Devido às características peculiares de cada estação, e para critério de analise e estudo, seguem algumas existentes no mercado.

16 11 Colpam 50: Os equipamentos da série produzidos pela Elomed Indústria e Comércio medem e armazenam parâmetros ambientais como temperatura, molhamento foliar, umidade relativa do ar e índice de precipitação pluvial, é um equipamento autônomo que não necessita de alimentação da rede elétrica podendo ser utilizados em locais remotos. Após ser instalado e acionado, ele fará a medição e armazenamento dos parâmetros ambientais em um intervalo de tempo previamente ajustado no próprio equipamento. Os dados armazenados ficam em uma memória, que pode ser desconectado para coleta de dados em microcomputador. A energia elétrica necessária para o funcionamento é obtida de um painel solar que carrega constantemente uma bateria interna, sob o controle de um circuito de recarga. A figura 3 ilustra o diagrama em blocos da estação meteorológica Colpam 50. Figura 3. Diagrama de blocos da Estação COLPAM 50. A instalação em campo consiste na montagem da estrutura metálica. O painel é direcionado para o norte. Abaixo segue a estrutura metálica do funcionamento.

17 12 Figura 4. Estrutura Metálica da Estação Colpam 50. WS Professional Wireless Weather Center: Estação com transmissão por radiofreqüência em alta velocidade, inclui quatro sensores acoplados, são eles: sensor de umidade e temperatura, pressão, velocidade e direção do vento e o pluviômetro.o funcionamento consiste em estes quatro sensores citados acima coletarem informações do tempo, e enviarem via radiofreqüência para a estação central. Abaixo segue a figura 5 apresentando os sensores existentes e a estação central. Figura 5. Estação Meteorológica Wireless Ws-2010

18 13 3. OBJETIVO, MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Funções do Sistema As funções do sistema são a Aquisição e Endereçamento dos Sensores, Transmissão, Recepção e Atualização dos dados Aquisição de dados e Endereçamento dos Sensores Os sensores especiais de umidade relativa, temperatura, pluviômetro, pressão e anemômetro, são responsáveis pela aquisição de sinais analógicos provenientes do ambiente, porém é necessária a conversão para um sinal digital para tornar-se possível a interpretação dos mesmos. Os sensores selecionados realizam a conversão automaticamente. Contudo, após a aquisição os dados, estes são convertidos para digital de acordo com a resolução de cada sensor, para então, serem codificados e armazenados em um pacote contendo as amostras coletadas para posterior transmissão. O gerenciamento das transferências destes dados é necessário, para que não haja perda de dados, ou superposição. O microcontrolador é programado para gerenciar a leitura de cada sensor com um intervalo de tempo estabelecido o qual pode ser configurado, assim como a temporização que é realizada para mostrar as medidas no display e para envio e leitura de uma short message. Quando um determinado sensor adquirir um sinal proveniente do meio, cabe ao microcontrolador endereçá-lo, para efetuar a leitura serial dos dados gerados, enquanto os demais continuam em estado de espera, até que seja solicitada uma nova amostra, então é coletada uma nova amostra do próximo sensor. Os dois protocolos utilizados pelos sensores para o endereçamento e leitura da memória dos mesmos, a serem explanados a seguir são: 1- Wire cujo o fabricante é a Dallas Semicondutor e o I2C, fabricante Texas Instruments. Deve-se enaltecer que durante o tempo de inatividade do sensor, o microcontrolador estará perdendo amostras naquele instante, porém o tempo é tão

19 14 irrisório e as variações climáticas não são bruscas, que não deve ser considerado. Após a realização da aquisição, os dados são salvos em memória, por meio de um protocolo de comunicação, que estabelece o tamanho do pacote de acordo com a resolução de cada sensor, para futura transmissão. Na figura 6, é ilustrado detalhadamente o estado dos sensores controlados pelo microcontrolador, como também o endereçamento. Temporizador Ocioso Pluviometro dados dos sensores endereçamento dos sensores ATmega161 Armazenamento dos dados RAM Protocolo 1-Wire Direção e Velocidade do Vento Ocioso Pressão Ocioso Umidade Relativa Ocioso Protocolo I2C Temperatura Figura 6. Estados dos sensores gerenciados pelo microcontrolador.

20 Endereçamento dos Sensores 15 O endereçamento dos sensores é fundamental para o controle de aquisição dos dados, cuja função é habilitá-los para leitura dos dados convertidos de um sinal analógico para digital, para tanto, é necessário conhecer o protocolo desenvolvido pelo fabricante. O microcontrolador, é responsável por endereçar cada sensor, portanto, esta rotina foi implementada utilizando a linguagem C, que continha bibliotecas destes protocolos o que facilitou no desenvolvimento. Os protocolos pertinentes aos sensores são: I2C (Interface Compability 2 Wire) Consiste em protocolo de transmissão serial, que suporta velocidades superiores 400KHz. Seu funcionamento é da seguinte maneira, os componentes da linha I2C, possuem 4 pinos: o SCL, o SDA, o ADD0 e o ADD1. O SCL (Source Clock), é gerado pelo microcontrolador, conforme o sensor recebe o sinal de clock, realiza a conversão do sinal analógico para digital, transferindo estes dados para o pino SDA (Source Data) que está conectado ao microcontrolador, sendo assim o mesmo realiza a recepção destes dados e armazena em memória. O dispositivo utiliza duas linhas para a transmissão serial. O ADD0 e o ADD1 são responsáveis pelo endereçamento escravo do barramento serial que compreende 7 bits, este endereçamento é configurado no próprio hardware, que pode ser realizado da seguinte forma: conectando os pinos a VCC, flutuante ou terra aleatoriamente, sendo assim, é possível gerar combinações, possibilitando a conexão de até oito dispositivos em uma rede com dispositivos I2C. O sensor que utiliza o protocolo é o sensor de temperatura TMP100.Na figura 7 pode-se observar, a tabela de endereçamento escravo. Figura 7. Representação do Endereçamento dos Pinos e o Endereço Escravo no TMP100.

21 16 Para realizar a configuração do TMP100 é necessário respeitar uma série de parâmetros, acompanhando o diagrama de configuração do sensor. O clock é gerado pelo microcontrolador, e o SDA é inicializado pelo mesmo com um pulso de reset. Após, é escrito o endereço do Frame 1 Slave Address Byte, que foi configurado através dos pinos ADD0 e ADD1 descrito na figura 8, o 8º bit R/W é configurado para 0, pois está sendo realizada uma escrita no TMP100 devido à configuração, então o mesmo retorna um ACK (acknowledge) para confirmar o recebimento dos dados. O Frame 2 Pointer Register Byte, é representado na figura 9, sendo selecionada a opção de configuração do Registrador. O Frame 3 e 4, são responsáveis pela configuração do formato do registrador, representados na figura 9, onde os parâmetros referenciam-se a resolução, configuração de alarme e outros. Portanto, para cada byte enviado do microcontrolador ao TMP100 é enviado um ACK para o microcontrolador, para confirmar o recebimento dos dados. Para maiores detalhes pode-se visualizar o próprio datasheet do fabricante. Figura 8. Diagrama de Tempo para Configuração do TMP100. Figura 9. Byte de Registro e Configuração do Formato do Registrador.

22 17 Para ler a temperatura gerada pelo sensor faz-se necessário seguir o diagrama do Tempo de Leitura seqüencialmente, representado na figura 10. Portanto, realiza-se a configuração do Slave Address Byte para escrita, isto é, R/W em 1, o TMP100 envia um ACK e após é configurado o Pointer Register Byte para Read Only (Somente Leitura) conforme a figura 9, porque trata-se da leitura da temperatura. Então, segue o pulso de start gerado pelo microcontrolador, logo após, o Pointer Register Byte é configurado para leitura, sendo assim o bit R/W é setado para o nível lógico 0, recebendo um ACK do Tmp100. Então, o TMP100 envia os 8 bits da parte alta da temperatura, e o microcontrolador envia um ACK informando que foram recebidos, e por conseqüência recebe os 8 bits da parte baixa, compondo assim a temperatura. Para finalizar o microcontrolador informa que recebeu os 16 bits com um ACK e envia um pulso de stop. Figura 10. Diagrama de Tempo para Leitura da Temperatura do TMP100.

23 18 1 Wire O protocolo 1-Wire é totalmente configurável no firmware, isto é, a programação não é realizada via hardware. O funcionamento consiste em identificar um dispositivo que utiliza o protocolo na rede, normalmente cada dispositivo, por exemplo, memória, contador, e conversor A/D, possuem uma memória ROM com a seguinte estrutura: - Family Code (código da família): compreende 8 bits e identifica qual é a família do dispositivo existente na rede, por exemplo, memória; - Serial Number (número serial): identifica o dispositivo na rede, todos possuem uma memória ROM (Read Only Memory), cuja identificação é única e compreende 48 bits; - CRC Generator: possui um CRC (Check Redundancy Ciclic) de 8 bits, o qual é muito importante para constatar que o valor lido, isto é, enviado pelo sensor, é o mesmo que o valor recebido serialmente no microcontrolador, caso esteja incorreto o barramento mestre, isto é, o microcontrolador gera um pulso de reset e a leitura é repetida. O CRC foi utilizado durante todo o projeto para garantir que as informações não estavam truncadas. Portanto, cada dispositivo possui uma ROM que contém um pacote de armazenamento de 64 bits contendo os parâmetros citados para a identificação do dispositivo em rede, onde vários, dispositivos podem ser ligados serialmente. Os sensores que utilizam este protocolo de comunicação são: Anemômetro, Pluviômetro, Barômetro e o de Umidade Relativa. O procedimento para ler os valores digitais de um dispositivo 1-Wire, consiste em basicamente, endereçar o dispositivo, chamar as funções intrínsecas do mesmo, por exemplo, função convert caso o dispositivo seja um conversor digital ou simplesmente ler a memória ser for um contador; após é necessário checar se os bits lidos estão corretos através do CRC e salvar estes valores na memória do microcontrolador. Os comandos para acesso a Memória ROM, são utilizados para identificação dos dispositivos, são eles: Read ROM (permite ao microcontrolador indentificar o Family Code, Serial Number e CRC de cada dispositivo presente na rede), Match ROM (permite ao microcontrolador endereçar um único dispositivo na rede), Skip ROM (o microcontrolador acessa as funções de memória dos dispositivos sem prover o 48 bits do Serial Number), Search ROM

24 (o microcontrolador é capaz de contar o número de dispositivos em uma rede). A figura 11 representa a estrutura hierárquica do Protocolo 1-Wire. 19 Figura 11. Estrutura Hierárquica do Protocolo de Comunicação 1-Wire. Para acesso a memória, onde está armazenado os dados aquisicionados e para a conversão do sinal analógico (no caso do conversor A/D); é utilizado comandos próprios do protocolo 1-Wire: Read Memory (leitura da memória), Write Memory (Escrita na Memória), Convert (Conversão do sinal analógico para digital), sendo assim, após a manipulação dos dados, estes são armazenados na memória do microcontrolador para transmissão futura. Na figura 12, é ilustrada a estrutura de identificação presente na memória ROM de um dispositivo do protocolo de comunicação 1-Wire. Figura 12. Representação da Memória ROM

25 Protocolo de Comunicação e Codificação dos Dados A codificação para uma amostra de 2 bytes, por exemplo, temperatura que possui uma resolução de 12 bits, é realizada da seguinte maneira: soma-se os primeiros 6 bits mais significativos com 32 em decimal, isto se faz necessário para obter a representação do caracter em ASCII para encapsulamento do pacote no SMS, ou seja, um caracter imprimível; o mesmo processo é realizado para a parte menos significativa. Após desloca-se 8 bits da parte alta, somando com a parte baixa, sendo assim, obtêm-se 2 bytes. A codificação pode ser representada abaixo. unsigned int codifica(unsigned int dado) // codifica valor de 12 bits para dois caracteres imprimiveis { char high,low; low=(dado&0x3f)+32; high=((dado>>6)&0x3f)+32; return ((unsigned int)high<<8)+(low); } O protocolo de comunicação é de 144 bytes, pois é limitado ao tamanho de uma short message (SMS). Portanto, para que os dados aquisicionados dos sensores sejam encapsulados no pacote SMS, é necessário realizar a codificação (transformar os bits de acordo com cada resolução em caracteres imprimíveis), eliminando a possibilidade que caracteres intrínsecos da própria mensagem sejam apresentados como valores de amostras, aumentando a segurança na transmissão. A decodificação é realizada no receptor, ou seja, pelo software gerenciador. A figura 13 representa o Protocolo de Comunicação. Figura 13. Representação do Protocolo de Comunicação. 1 Hora (1 Byte) Minuto (1 Byte) Temperatura (2 Bytes) Umidade Relativa (2 Bytes) Velocidade do Vento (2 Byte) Precipitação (2 Bytes) Direção do Vento (1 Byte) Cada amostra é representada por 11 bytes, sendo possível realizar 11 aquisições, totalizando 121 bytes.

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