ONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ CCET - CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

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1 ONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ CCET - CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO LUIZ RENATO HEY SCHMIDT RAFAEL DA SILVA NEVES SERRANO VALQUIRE DA SILVA DE JESUS SISTEMA REMOTO DE MONITORAMENTO DE ALARME (SRMA) RELATÓRIO TÉCNICO FINAL CURITIBA

2 LUIZ RENATO HEY SCHMIDT RAFAEL DA SILVA NEVES SERRANO VALQUIRE DA SILVA DE JESUS SISTEMA REMOTO DE MONITORAMENTO DE ALARME (SRMA) RELATÓRIO TÉCNICO FINAL Relatório Técnico Final apresentado à disciplina de Projeto Final II do curso de Engenharia da Computação da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, como parte integrante da nota do 4º bimestre, ministrada pelo Prof.º Luiz Lima Jr. Orientador: Prof.º Ivan Jorge Chueiri. CURITIBA 2011

3 LUIZ RENATO HEY SCHMIDT RAFAEL DA SILVA NEVES SERRANO VALQUIRE DA SILVA DE JESUS FATORES MOTIVACIONAIS Os alarmes automotivos atualmente disponíveis no mercado, em sua maioria, não possuem nenhum tipo de sistema que avise o proprietário que a segurança de seu veículo foi violada. Os alarmes que possuem esta característica são fornecidos por empresas terceirizadas a um alto custo de instalação e obriga o usuário a pagar uma assinatura mensal para o seu funcionamento. PROFESSOR ORIENTADOR Prof.º Ivan Jorge Chueiri. PROFESSOR EXAMINADOR Prof.º Luiz Lima Jr.

4 RESUMO O protótipo da central de alarme será desenvolvido com o uso de um micro controlador e sensores de atuação, o relógio de pulso será o ez430-chronos-433 da empresa Texas Instruments, o qual além de ser um relógio de pulso comum, possui inúmeras funções como comunicação wireless e um ambiente totalmente reprogramável, que permite ao usuário criar diversas aplicações. A comunicação entre o protótipo da central de alarme e o relógio de pulso será feita via rádio frequência. Será necessário ainda amplificar o sinal transmitido pela central para que o raio de atuação do mesmo seja satisfatório. Todas as funções a serem geradas para que o sistema funcione serão programadas em linguagem C e Assembly usando o ambiente de programação IAR Embedded Workbench. Palavras-chave: ez430 Texas Instruments, Linguagem C, Microcontrolador, Relógio, Rádio Frequência, Sensores.

5 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Diagrama de Blocos do Projeto... 9 Figura 2 - Esquema elétrico/lógico do Dispositivo Remoto Figura 3 - Fluxograma do Dispositivo Remoto parte Figura 4 - Fluxograma do Módulo de Alarme Figura 5 - Protocolo SimpliciTi Figura 6 - Diagrama geral do projeto

6 LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS A/D CPU RAM RISC RF RX SoC SRMA - Analog-to-digital converter - Central processing unit - Random Access Memory - Reduced instruction set computing - Rádio Frequência - Receiver - System on Chip - Sistema Remoto de Monitoramento de Alarme

7 LISTA DE SÍMBOLOS KB - Kilobyte kbps - Kilobit por segundo ma - Miliampère MHz - MegaHertz µa - Microampère V - Volt

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO DETALHAMENTO DO PROJETO MÓDULO DO DISPOSITIVO REMOTO FLUXOGRAMA DO DISPOSITIVO REMOTO MÓDULO DE ALARME FLUXOGRAMA DO MÓDULO DE ALARME PLANO DE TESTES E RESULTADOS ESPERADOS PRIMEIRO TESTE Descrição do primeiro teste Resultado esperado do primeiro teste Funcionalidade validada no primeiro teste SEGUNDO TESTE Descrição do segundo teste Resultado esperado do segundo teste Funcionalidade validada no segundo teste TERCEIRO TESTE Descrição do terceiro teste Resultado esperado do terceiro teste Funcionalidade validada no terceiro teste QUARTO TESTE Descrição do quarto teste Resultado esperado do quarto teste Funcionalidade validada no quarto teste CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 22

9 8 1 INTRODUÇÃO Os alarmes automotivos atualmente disponíveis no mercado, em sua maioria, não possuem nenhuma comunicação direta entre este e o usuário, que permita informá-lo qualquer irregularidade com seu veículo foi violada, na maioria das vezes o alarme continua soando até que o proprietário seja localizado e desligue o mesmo, o que é muito desagradável em locais aonde este som pode vir a incomodar, como perto de hospitais e escolas aonde este tipo de acontecimento é passível de punição, além do fato de que quanto mais cedo se esta ciente que o alarme foi disparado, maiores são as chances de que alguma atitude possa ser tomada com sucesso. Os alarmes que possuem esta característica são fornecidos por empresas terceirizadas a um alto custo de instalação e obriga o usuário a pagar uma assinatura mensal para o seu funcionamento. Nosso objetivo neste projeto é desenvolver um sistema de monitoramento à distância de um alarme automotivo, que seja de baixo custo, isento de mensalidade e que possa ser implementável de fábrica, sendo uma opção a mais de escolha na hora da compra do veículo. Além de sinalizar possíveis falhas ou violações será incorporada a função remota que informará através de um relógio de pulso o estado do alarme assim como as demais funções de monitoramento, desde que o proprietário esteja dentro do raio de atuação do subsistema de comunicação remota. Este documento está estruturado da seguinte forma: Capa: Contém o Título do projeto, Nome do documento, Integrantes da equipe, Professor Orientador, Bimestre ao qual o documento se refere e visto do Orientador; Resumo: Descrição sucinta do projeto, incluindo o problema a ser resolvido, a solução que será desenvolvida e principais tecnologias que serão utilizadas (atualizar o resumo do bimestre anterior, seguindo as orientações fornecidas na correção); Introdução: Relembrar o escopo do trabalho (problema a ser resolvido; o que faz parte do projeto e o que não será contemplado pelo projeto);

10 9 Detalhamento do Projeto: nesta seção o problema deve ser apresentado em detalhes, isto é, a descrição deve conter aspectos tecnológicos relevantes ao problema em questão ou ao seu ambiente; Conclusão: deve destacar os principais aspectos do projeto, resumindo os objetivos do projeto, a solução proposta, as tecnologias que serão utilizadas e a estratégia de desenvolvimento; Referências Bibliográficas: referências sobre o problema a ser tratado, referências sobre soluções existentes para o problema, referências sobre as tecnologias candidatas, referências sobre as tecnologias de desenvolvimento escolhidas, todas as referências devem aparecer no corpo do trabalho, no início das seções ou no final dos parágrafos em que o material foi utilizado. 2 DETALHAMENTO DO PROJETO O projeto a ser desenvolvido será composto por dois blocos principais. O primeiro consiste em um Dispositivo Remoto que é constituído pelo relógio ez430- Chronos no qual terá um firmware garantirá os requisitos funcionais do sistema. O segundo bloco é um Módulo de Alarme responsável pela simulação da violação do veículo. A figura 1 apresenta o diagrama de blocos com a visão geral do projeto. Figura 1 - Diagrama de Blocos do Projeto

11 MÓDULO DO DISPOSITIVO REMOTO O Dispositivo Remoto possui um CC430, que é um System-on-Chip (SoC) que tem um microcontrolador MSP bit RISC CPU Ultra-Low-Power com um CC1101, transmissor de RF de baixa potência, integrado. As principais características do CC430 são: System-on-Chip (SoC) de baixa potência para aplicações de comunicação sem fio; Ampla Faixa de Tensão: 1,8 V a 3,6 V; CC1101 Radio; 32KB Flash; Padrão de Criptografia Avançada (AES) 128; LCD de 96 segmentos; Consumo de energia extremamente baixo: - CPU em modo ativo (AM): 160 µa / MHz; - Standby Mode (Modo LPM3 RTC): 2,0 µa; - Off Mode (LPM4 Retenção RAM): 1,0 µa; - Rádio em RX: 15 ma, 250 kbps, 433 MHz; MSP430 Sistema e Periféricos: - 16-Bit arquitetura RISC, Memória estendida, Clock do Sistema de 20 MHz; - 4KB RAM; - 12-Bit Conversor A/D com referência interna, Sample-and-Hold; - Comparador. O firmware que será embarcado no Dispositivo Remoto será concebido no ambiente IAR, utilizando a linguagem de programação C/C++. Fotos, diagramas elétricos e lógicos deste dispositivo estão anexados ao fim deste documento.

12 FLUXOGRAMA DO DISPOSITIVO REMOTO O processo de execução do Dispositivo Remoto será norteado de acordo com os fluxogramas apresentados nas figuras 3 e 4, que tem como funções principais: ativar o alarme, varredura de sinal, exibir mensagens no display e desativar o alarme.

13 Figura 2 - Fluxograma do Dispositivo Remoto parte 1 12

14 13 Sistema de monitoramento de disparo Dispara cronômetro de 5s Ativação da varredura de sinal Desliga varredura de sinal Sim Cronômetro concluído? Dispara cronômetro de 20s Não Sinal de disparo recebido? Não Mudar estado do alarme? Não Novo estado do alarme Sim Sim Mudar estado do alarme? Não Cronômetro concluído? Não Sim Disparar aviso sonoro e exibir mensagem no display Sim Novo estado do alarme Desativar aviso sonoro Não Sim Exibir apenas mensagem no display Mudar estado do alarme? Não Sim Novo estado do alarme Figura 3 - Fluxograma do Dispositivo Remoto parte 2.

15 MÓDULO DE ALARME O Módulo de Alarme será desenvolvido utilizando o CC1110 Mini Development Kit 868/915 MHz da empresa Texas Instruments, o qual é composto por um micro controlador 8051 de ciclo único operando a 26MHZ integrado a um transmissor de radio frequência CC1101. Para a simulação da violação do perímetro de segurança do alarme será usado um dos push-buttons presentes do kit de desenvolvimento, quando pressionado, significa que ocorreu a violação. Fotos, diagramas elétricos e lógicos deste dispositivo estão anexados ao fim deste documento. 2.4 FLUXOGRAMA DO MÓDULO DE ALARME O processo do Módulo de Alarme será executado seguindo as descrições feitas no fluxograma da figura 8, as principais funções são: recebe solicitação de ativação e desativação do alarme e processa a devida requisição e envia mensagens de status para o Dispositivo Remoto.

16 Figura 4 - Fluxograma do Módulo de Alarme. 15

17 16 A frequência de operação definida para o rádio CC1101 é de 433 MHz. Toda a comunicação será baseada no protocolo SimpliciTI de baixa potência RF destinado a redes de RF simples e pequenas. Este software open-source é utilizado para a construção de uma rede com dispositivos a bateria usando um dos TI's de baixa potência RF System-on-Chips (SoC) ou o MSP430 MCUs ultra-low-power e rádios RF TI. SimpliciTI foi projetado para fácil implementação e implantação em várias plataformas de TI de RF, tais como o MSP430 MCUs e os rádios CC1XXX/CC25XX e SoCs. A figura 9 mostra um diagrama aplicação do Sim pliciti. Figura 5 - Protocolo SimpliciTi.. O software e demais funcionalidades do SRMA serão desenvolvidos usando a ferramenta IAR Embedded Workbench. IAR Embedded Workbench é um conjunto de ferramentas de desenvolvimento para a construção e depuração de aplicações de sistemas embarcados utilizando Assembly, C/C++. Ele fornece um ambiente de desenvolvimento integrado completo que inclui um gerente de projetos, editor, ferramentas de compilação e o depurador.

18 17 3 PLANO DE TESTES E RESULTADOS ESPERADOS Os testes a serem realizados durante a Defesa do Protótipo têm como finalidade demonstrar a iteração entre o Dispositivo Remoto e o Módulo de Alarme, como mostra o diagrama geral do projeto na figura 6. Figura 6 - Diagrama geral do projeto. 3.1 PRIMEIRO TESTE Descrição do primeiro teste Quando o Módulo de Alarme for energizado o LED amarelo deverá acender, indicando que o Módulo de Alarme encontra-se em funcionamento Resultado esperado do primeiro teste - LED amarelo acende.

19 Funcionalidade validada no primeiro teste Módulo de Alarme em funcionamento. 3.2 SEGUNDO TESTE Descrição do segundo teste Pressionando o botão inferior direito do Dispositivo Remoto, o usuário irá ligar o alarme, quando isso ocorrer, o LED amarelo deverá apagar e o LED verde do Módulo de Alarme deverá acender, indicando que o alarme está ligado e a mensagem on será exibida no display do Dispositivo Remoto Resultado esperado do segundo teste - LED amarelo apaga; - LED verde acende; - Mensagem on é exibida no display Funcionalidade validada no segundo teste Comunicação via radio frequência entre o Dispositivo Remoto e o Módulo de Alarme e uso do Display do Dispositivo Remoto. 3.3 TERCEIRO TESTE Descrição do terceiro teste Pressionando o switch de um dos três fins de curso, será simulada a violação do perímetro de segurança do veículo, os quais simulam a violação da porta direita,

20 19 porta esquerda e capô. Quando uma das três violações ocorrer, o LED verde deverá apagar e o LED vermelho do Módulo de Alarme deverá acender, o buzzer deverá soar e uma mensagem será exibida no display do Dispositivo Remoto, indicando qual violação ocorreu, Pe para porta esquerda, Pd para porta direita e capo Resultado esperado do terceiro teste - LED verde apaga; - LED vermelho ascende; - Sinal sonoro é emitido; - Mensagem Pd, Pe ou capo é exibida no display Funcionalidade validada no terceiro teste Comunicação via radio frequência entre o Dispositivo Remoto e o Módulo de Alarme, uso dos sensores do Módulo de Alarme, uso do buzzer e uso do Display do Dispositivo Remoto. 3.4 QUARTO TESTE Descrição do quarto teste Pressionando o botão inferior direito do Dispositivo Remoto, o usuário irá desligar o alarme, quando isso ocorrer, o LED vermelho deverá apagar, o sinal sonoro deve cessar e o LED amarelo deverá acender, indicando que o alarme foi desligado Resultado esperado do quarto teste - LED vermelho apaga;

21 20 - LED amarelo acende; - Sinal sonoro cessa; - Mensagem off é exibida no display Funcionalidade validada no quarto teste Comunicação via radio frequência entre o Dispositivo Remoto e o Módulo de Alarme, uso do Display do Dispositivo Remoto.

22 21 4 CONCLUSÃO O projeto desenvolvido durante este ano tinha como objetivo principal desenvolver um sistema que se comunicasse via rádio frequência com um módulo acoplado a um alarme automotivo. O desenvolvimento superou as expectativas, todas as funcionalidades previstas no escopo do projeto foram plenamente atingidas. As técnicas utilizadas para programar o sistema embarcado utilizado no relógio ez430-chronos-433 e também no módulo de alarme foram desenvolvidas durante o curso e agregaram novos potenciais para que o projeto ficasse o mais robusto possível. As principais dificuldades encontradas durante o desenvolvimento do projeto foram relacionadas ao estabelecimento dos parâmetros corretos garantirem à comunicação via radio frequência, pois esta tinha que ser totalmente voltada aos padrões e restrições do protocolo SimpliciTi que foi utilizado, tivemos que efetuar diversos testes até que a configuração dos parâmetros atendessem exatamente a configuração necessária para que a comunicação pudesse ser estabelecida. As possíveis melhorias que poderiam ser aplicadas as projeto atual são relacionadas ao aumento do raio de comunicação do Dispositivo Remoto para o Módulo de Alarme, que hoje se restringe ao limite da antena presente no relógio, que é de até 15 metros. Outra melhoria seria relacionada a tornar o projeto comercialmente viável, deixando de usar o relógio para que a própria chave do veículo se tornasse o Dispositivo Remoto, mas para isso seria necessário elaborar a ideia da comunicação e desenvolver um projeto pra que a metodologia fosse facilmente aplicada na linha de produção das chaves juntamente com os automóveis. A realização do projeto, além de um desafio, foi uma oportunidade de aplicar vários conhecimentos que foram adquiridos durante do curso. Houve uma satisfação por parte dos integrantes do grupo por conseguir concluir todo o projeto e a certeza de ter a capacidade de desenvolver projetos futuros com a qualidade igual ou superior ao projeto desenvolvido.

23 22 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MSP430 LaunchPad. Disponível em: < EXP430G2%29>. Acessado em 02 de junho de CC1111 Low-Power RF SoC. Disponível em: < Acessado em 20 de abril de SimpliciTI - RF Made Easy - Network Protocol for Sub-1 GHz, 2.4 GHz and IEEE RF ICs. Disponível em: < QS=NotApplicable+OT+simpliciti>. Acessado em 20 de abril de Microcontrollers (MCU) - CC430. Disponível em: < BA+cc430-bhp>. Acessado em 20 de abril de MSP430 SoC with RF Core. Disponível em: < Acessado em 20 de abril de Afonso Miguel. Disponível em: < Acessado em 19 de abril de 2011.