Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Sistema embebido de georreferenciiação e controlo

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1 Faculdade de Engenharia da Universidadee do Porto Sistema embebido de georref ferenciação e controlo Ricardo Alexandre Vaz Gomes Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécni ca e de Computadores Major Telecomunicaçõess Orientador: Prof. Hélio Mendes de Sousa Mendonça Coorientador: Prof. José Carlos dos Santos S Alves Junho 2012

2 Ricardo Alexandre Vaz Gomes, 2012

3 Resumo Esta dissertação expõe um sistema de referenciação terrestre e controlo para veículos automóveis. O projeto consiste num mecanismo de gestão de frotas automóvel, recorrendo a tecnologia GPS e GSM, baseado num produto já comercializado. O sistema permite obter a localização, através do GPS, bastando para tal, enviar uma mensagem de texto de um telemóvel, para o número do cartão SIM inserido no módulo instalado na viatura que se pretende seguir. Incorpora um subsistema de notificação de eventos, que avisa o utilizador, através do envio de mensagens de texto, de ocorrências relevantes, como o disparo do alarme do veículo ou condução fora do perímetro de operação estabelecido. O método anti-carjaking consiste num botão de pânico que, se acionado, imobiliza a viatura. Outro aspeto crítico é a possibilidade de armazenar dados dos percursos efetuados, para posterior visualização, descarregá-los para um computador pessoal, sendo apenas necessário que este possua acesso a redes sem fio IEEE b. É possível requisitar informações da viatura recorrendo a uma ligação do módulo instalado à tomada do barramento OBD2. iii

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5 Abstract This dissertation presents an automotive geo-referencing control system. The project consists of a mechanism for management of car fleets, using GPS and GSM technology based on a product already marketed. The system allows the location through GPS by simply send a text message from a phone number to the SIM card inserted in the module installed in the car that you want to follow. Incorporates an event notification subsystem that alerts the user, by sending text messages, about relevant events, such as triggering alarm vehicle or driving outside the perimeter of operation established. The anti-carjacking method consists of a panic button which, if activated, stops the car. Another critical aspect is the ability to store data paths made for later viewing, downloading them to a personal computer, requiring only that it has access to an IEEE b wireless network. You can request information of the car through a link module installed to use the OBD2 bus. v

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7 Agradecimentos Gostaria de agradecer em primeiro lugar à minha família, porque a família vem sempre em primeiro lugar, ao meu pai Narciso, à minha mãe Estrela e à minha irmã Daniela, o facto de me terem proporcionado todas as condições e a estabilidade necessárias para que eu pudesse ter a oportunidade de mostrar o meu valor. Quero agradecer à minha namorada Inês e aos meus amigos, que me ajudaram a superar alguns períodos difíceis nos últimos anos. Um muito obrigado ao meu orientador, o professor Hélio Sousa Mendonça e ao meu coorientador, o professor José Carlos Alves que me guiaram sempre no sentido certo. Por último, não podia deixar de agradecer a todo o pessoal da NIBBLE Engenharia, em particular ao Eng.º Nelson Silva, que foi uma ajuda incansável durante o desenvolvimento de todo o projeto e ao Eng.º José Azevedo que me proporcionou a oportunidade de o concretizar. Muito obrigado a todos! vii

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9 A nossa maior fraqueza está em desistir. O caminho mais acertado para vencer é sempre tentar só mais uma vez Thomas Edison ix

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11 Índice Resumo... iii Abstract... v Agradecimentos... vii Índice... xi Lista de figuras... xv Lista de tabelas... xvii Abreviaturas e Símbolos... xix Capítulo Introdução Motivação e Contexto Objetivos Organização do Documento... 2 Capítulo Estado da arte Enquadramento Tecnologias de localização Protocolo NMEA Tecnologias de comunicação Sistema GSM Comunicação sem fios CAN, Controller Area Network OBD, On Board Diagnostics Sistemas de gestão de frotas UMI - Unidade móvel inteligente Sumário Capítulo Arquitetura do sistema Enquadramento Perspetiva geral do sistema Módulos do sistema Unidade de processamento Alimentação do sistema Módulo de comunicação xi

12 3.3.4 Módulo de localização Entradas e saídas do sistema Armazenamento externo de dados Ambiente de desenvolvimento Sumário Capítulo Desenvolvimento de hardware Enquadramento Tensões de entrada do circuito Alimentação do sistema e bateria Circuito de encravamento da bateria Elaboração do esquemático Microprocessador GPS GSM Armazenamento de dados externo Transmissor/recetor de radiofrequência Unidade de medição inercial Optoacopladores Transístores de Darlington Interfaces com o exterior Massa analógica e massa digital Desenho da placa de circuito impresso Regras a respeitar Especificações técnicas Dimensionamento das antenas e áreas restritas Disposição de componentes Planos de massa Legenda da PCB e pontos fiduciários Sumário Capítulo Desenvolvimento de software Enquadramento Organização dos blocos de código Descrição dos blocos de código ADC SPI USART Configuração de pinos específicos Systick Watchdog CAN Wi-Fi Sumário Capítulo Validação da solução Testes efetuados ao hardware Circuito de alimentação Circuito de encravamento da bateria ERC e DRC Testes efetuados ao software Leitura e escrita em memória Flash Conversão de sinais analógicos Systick GPS GSM... 75

13 6.2.6 CAN Sumário Capítulo Conclusão e trabalhos futuros Conclusões Melhorias Trabalhos futuros Referências xiii

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15 Lista de figuras Figura 2.1 Diagrama da arquitetura GSM, adaptada de GSM Standard [5]... 6 Figura 2.2 Estrutura por camadas de um nó CAN... 8 Figura 2.3 Trama de dados do protocolo CAN Figura 2.4 Trama de erros do protocolo CAN Figura 2.5 Trama de sobrecarga do protocolo CAN Figura 2.6 Espaço entre tramas para estações com flags de erro ativas ou que foram previamente recetoras de uma mensagem Figura 2.7 Espaço entre tramas para estações com flags de erro passivas ou que foram previamente transmissoras de uma mensagem Figura 2.8 O conetor J1962 macho (à esquerda) e a respetiva tomada J1962 fêmea (à direita) Figura 2.9 Aspeto exterior (à esquerda) e interior (à direita) da UMI Figura 2.10 Diagrama de blocos dos módulos mais importantes do sistema Figura 3.1 Utilização do sistema Figura 3.2 Diagrama dos módulos do sistema Figura 4.1 Cálculo de resistências da malha de realimentação Figura 4.2 Esquema do circuito de alimentação Figura 4.3 Esquema do LDO que alimenta o GPS Figura 4.4 Esquema do LDO que alimenta os restantes componentes do circuito Figura 4.5 Esquema do circuito de encravamento da bateria Figura 4.6 Circuito que implementa uma fonte de corrente Figura 4.7 Curva de carga da bateria P343944, com circuito de proteção Figura 4.8 Esquema dos pinos do microprocessador STM32F100RC [30] Figura 4.9 Esquema dos pinos do módulo de localização GPS Figura 4.10 Esquema dos pinos do módulo de comunicação GSM Figura 4.11 Esquema dos pinos para a memória Flash xv

16 Figura 4.12 Esquema dos pinos para o leitor de cartões de memória Figura 4.13 Esquema dos pinos do módulo de comunicações sem fio MRF24WB0MA [21] Figura 4.14 Esquema dos pinos para a unidade de medição inercial [31] Figura 4.15 Esquema dos pinos para os optoacopladores Figura 4.16 Esquema dos pinos para os integrados com configuração de Darlington para as 6 saídas digitais Figura 4.17 Esquema dos pinos para o conetor DOC Figura 4.18 Esquema dos pinos para a interface de programação e diagnóstico Figura 4.19 Esquema de ligação da massa do circuito Figura 4.20 Dimensionamento das antenas utilizando o AppCAD Figura 4.21 Placa de circuito impresso Figura 4.22 Plano de massa da camada de topo Figura 4.23 Plano de massa da camada de fundo Figura 5.1 Diagrama dos blocos de software desenvolvidos Figura 6.1 Teste do circuito de alimentação Figura 6.2 Teste do circuito da bateria, estado inicial, com bateria ligada Figura 6.3 Teste do circuito da bateria, com bateria e alimentação ligadas Figura 6.4 Teste do circuito da bateria, estado final, apenas com bateria ligada Figura 6.5 Placa de teste do microprocessador, STM32VLDiscovery... 73

17 Lista de tabelas Tabela 2.1 Tecnologias de comunicação sem fios de curto alcance Tabela 2.2 Mapa dos pinos SAE Tabela 2.3 Especificações do G959 GPS Tracker Tabela 2.4 Especificações do AT110 Advanced Vehicle Tracking Device Tabela 2.5 Especificações do HCT Pro Plus Tabela 2.6 Especificações da UMI Unidade Móvel Inteligente Tabela 2.7 Função dos pinos das entradas e saídas digitais disponíveis Tabela 3.1 Especificações do microprocessador ARM Cortex M Tabela 4.1 Tempos de aquisição de posição correta do GPS, em condições ideais Tabela 4.2 Mapa da utilização dos pinos do microprocessador Tabela 4.3 Especificação das pistas Tabela 4.4 Especificação das pistas de antena Tabela 5.1 Função ADC_Start Tabela 5.2 Função ADC_read Tabela 5.3 Função ADC_poll Tabela 5.4 Função SPI_Start Tabela 5.5 Função spi_select_device Tabela 5.6 Função spi_clear_device Tabela 5.7 Função spitransferbyte Tabela 5.8 Função USART_Start Tabela 5.9 Função USART_Disable xvii

18 Tabela 5.10 Função USART_Receive Tabela 5.11 Função USART_CheckRx Tabela 5.12 Função USART_Transmit Tabela 5.13 Função USART_CheckTx Tabela 5.14 Função USART_Mirror Tabela 5.15 Função USART_MirrorClear Tabela 5.16 Função USART_Flush Tabela 5.17 Função USART_Write Tabela 5.18 Função USART_Read Tabela 5.19 Função USART_SetFlowControl Tabela 5.20 Função IO_Start Tabela 5.21 Função IO_GSM_ON_OFF Tabela 5.22 Função IO_GSM_DTR Tabela 5.23 Função IO_GSM_RESET Tabela 5.24 Função IO_GSM_VIO Tabela 5.25 Função IO_GSM_RI Tabela 5.26 Função IO_GSM_DCD Tabela 5.27 Função IO_LDO_SWITCH Tabela 5.28 Função TC1_Start Tabela 5.29 Função Systick_Handler Tabela 5.30 Função wdt_on Tabela 5.31 Função wdt_off Tabela 5.32 Função wdt_reset Tabela 5.33 Modos de operação no padrão OBD2 SAE J Tabela 5.34 Função lerobd Tabela 5.35 Função varrimentoobd Tabela 5.36 Função consumomedio Tabela 5.37 Função consumoinstantaneo Tabela 5.38 Função CAN_Start... 66

19 Abreviaturas e Símbolos Lista de abreviaturas ADC ALDL ARM AT BJT BPSK CAN CS CPU CRC DAC DTC DRC EAGLE ECU EEPROM EOBD ERC FME GFSK GMSK GSM GPRS GPS IDE I2C IP JOBD Analog to Digital Converter Assembly Line Diagnostic Link Advanced RISC Machine Attention, Hayes Command Set Bipolar Junction Transistor Binary Phase Shift Keying Controller Area Network Chip Select Central Processing Unit Ciclic Redundancy Check Digital to Analog Converter Diagnostic Trouble Codes Design Rule Check Easily Applicable Graphical Layout Editor Electronic Control Unit Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory European On-Board Diagnostics Electrical Rule Check For Mobile Equipment Gaussian Frequency Shift Keying Gaussian Minimum Shifting Keying Global System for Mobile Communications General Packet Radio Service Global Positioning System Integrated Development Environment Inter-Integrated Circuit Internet Protocol Japanese On-Board Diagnostics xix

20 LED LSB MISO MOSFET MOSI MSB NMEA OBD OFDM OSI PCB PRN PSK PSTN RISC RHCP RTC RTR SCK SIM SMA SMS SPI TCP TDMA TTL UMI USART USB WLAN Light Emitting Diode Least Significant Bit Master Input Slave Output Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor Master Output Slave input Most Significant Bit National Marine Electronics Association On-Board Diagnostics Orthogonal Frequency Division Multiplexing Open Systems Interconnection Printed Circuit Board Pseudo-Random Noise Phase Shift Keying Public Switched Telephone Network Reduced Instruction Set Computing Rigth-Hand Circularly Polarised Real-Time Clock Remote Transmission Request Serial Clock Subscriber Identity Module Sub Miniature Version A Short Message Service Serial Peripheral Interface Transmission Control Protocol Time Division Multiple Access Transistor-Transistor Logic Unidade Móvel Inteligente Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Universal Serial Bus Wireless Local Area Network

21 Capítulo 1 Introdução Neste capítulo figura a motivação e contexto do problema em estudo, os objetivos fundamentais a atingir, para esta dissertação, e ainda informação acerca da estrutura organizacional do documento Motivação e Contexto Esta dissertação insere-se no contexto de um sistema de gestão de frotas automóvel que seja capaz de fornecer a posição atual e o percurso realizado por cada elemento constituinte da mesma frota. Graças à evolução tecnológica conhecida nas últimas décadas, é agora possível obter a localização terrestre de uma pessoa ou objeto em tempo real, através de dispositivos que recorram a um sistema de posicionamento global composto por um grupo de satélites. Um sistema destes tem a capacidade para fornecer os elementos necessários com a precisão adequada para a tarefa em mãos. Tendo como base o referido sistema de posicionamento global, somando-lhe um sistema de comunicações conveniente, torna-se por demais evidente a importância de um projeto desta dimensão, no âmbito da gestão de frotas, como meio de aumentar a eficiência e melhorar a gestão dos recursos ao dispor das organizações. Da conjetura atual, retira-se imediatamente a necessidade do projeto resultar num equipamento fiável, de elevado desempenho e baixo custo. Uma vez que estes conceitos são maioritariamente abstratos, cabe-me enquanto projetista, torná-los quantificáveis e explicitá-los com pormenor e detalhe. Como estudante de mestrado integrado em engenharia eletrotécnica e de computadores, tendo selecionado o ramo de telecomunicações, eletrónica e computadores, encontrei um forte entusiasmo, motivação e não menos lógica, para abraçar o desafio de desenvolver tal sistema, num contexto empresarial, onde o meu conhecimento científico foi deveras útil e pôde ser posto à prova.

22 Objetivos O principal objetivo deste projeto consistiu em desenvolver um sistema moderno e atual de localização de frotas automóveis, recorrendo para tal à localização por satélite, por forma a poder saber qual a posição e o percurso realizado por cada elemento da frota. Tendo por base o sistema já existente na empresa, pretendeu-se uma atualização significativa em termos de qualidade e desempenho. Uma vez que o principal atributo do produto é localizar a posição de uma determinada viatura, escolheu-se como forma de o possibilitar, o seguinte método: o utilizador envia um SMS (Short Message Service) para o número do cartão SIM (Subscriber Identity Module) contido no sistema e este devolve as coordenadas geográficas da sua posição atual na Terra. O produto resultante incluiu outras características, tais como prevenção de furtos, possibilidade de descarregar percursos efetuados para um terminal através de meios não guiados e ainda a obtenção de informações da viatura através do barramento OBD (On-Board Diagnostic), presente na generalidade das viaturas, dado que na Europa passou a ser obrigatório utilizar o padrão EOBD (European On-Board Diagnostic) a partir do ano Organização do Documento A presente dissertação encontra-se organizada em sete capítulos, que guiam desde a conceção inicial do produto até à solução final proposta, acrescentando ainda um horizonte de futuros desenvolvimentos. O primeiro capítulo é composto por três subtemas, onde são explicados os motivos e onde é feita a contextualização deste projeto, os seus objetivos, metas a atingir e a descrição da organização documental. O segundo capítulo abrange a pesquisa, o estudo do estado da arte de sistemas já existentes no mercado, descreve tecnologias que são utilizadas para criar o produto em questão: tecnologias de posicionamento, tecnologias de comunicação, processamento de dados e descrição da arquitetura do sistema que serve de base ao novo produto. No terceiro capítulo encontra-se documentada a arquitetura do sistema. No quarto capítulo residem todos os detalhes envolvidos no desenho e projeto de hardware e da placa de circuito impresso. O quinto capítulo inclui a estrutura e todo o processo de desenvolvimento de software. No sexto capítulo explicam-se os testes efetuados ao produto, o processo de validação e os resultados obtidos. Por fim, mas não menos importante, o sétimo capítulo contém ainda as conclusões do projeto, seguidas de uma análise a melhorias e trabalho futuro, que garanta não só uma maior valorização comercial do produto, mas também um aumento do seu período de vida. No final do documento incluem-se todas as referências consultadas para a elaboração deste projeto.

23 Capítulo 2 Estado da arte Neste capítulo descreve-se o estado da arte dos sistemas de gestão de frotas automóveis disponíveis no mercado, recorrendo para ilustrar a descrição, à apresentação das principais tecnologias que constituem este tipo de sistemas Enquadramento Desde o final do século XX, com o acentuar da globalização, as empresas encontram cada vez mais dificuldades, num mundo em constante mudança, para encontrar alternativas de mercado estáveis que permitam obter padrões de crescimento sustentáveis, que sirvam de suporte à evolução da organização. É, portanto, necessário encontrar soluções que possibilitem explorar ao máximo os recursos ao dispor da organização, especialmente no que diz respeito aos meios que levam os produtos/serviços junto do cliente. Assim, o meio empresarial sente a necessidade de ter uma forma de gerir o transporte, de modo a garantir a segurança dos seus produtos e funcionários, reduzir os custos, os desperdícios e aumentar os lucros. Desta forma surge a gestão de frotas, como forma de otimizar os meios ao dispor [2]. Uma vez que o tema dissertado assenta na gestão de frotas automóveis, é de salientar que este tipo de transporte é aquele que tem uma maior abrangência em relação aos transportes marítimo, aéreo ou ferroviário, e é o mais utilizado para, efetivamente, entregar os produtos ao utilizador final. 2.2 Tecnologias de localização Presentemente encontram-se disponíveis duas soluções de navegação por satélite, sendo uma o GPS (Global Positioning System), que ficou disponível a partir de 26 de Junho de 1993, quando o vigésimo quarto, e último satélite, foi lançado para o espaço [34], e sendo a outra o GLONASS, de origem russa, que se encontra em utilização, para fins civis, desde finais de 2011 que, quando completo, será composto por uma constelação de trinta satélites (dos quais seis serão apenas utilização de reserva).

24 4 Devido à importância e utilidade deste tipo de sistemas, de forma a não ficarem dependentes da tecnologia de terceiros (que tiveram numa primeira fase fins militares e são ainda nos dias de hoje desativados em alguns cenários de guerra), também a Europa, a China e a Índia têm projetos próprios de desenvolvimento de sistemas de navegação por satélite [35]. O sistema de navegação europeu Galileo é o único com fins exclusivamente civis, tem prevista uma constelação com trinta satélites, dos quais vinte e sete estarão permanentemente ativos e três de reserva, dispostos em três orbitas terrestres de média altitude (a aproximadamente Km de altitude em relação ao nível médio da água do mar e uma inclinação orbital em relação ao equador de cinquenta e seis graus), promete precisões superiores aos sistemas já existentes, havendo testes agendados para 2014 e uma previsão para a completa operabilidade do sistema no final da presente década [36]. O projeto chinês Compass, ou Beidou, deverá estar operacional a nível mundial em 2020 e será constituído por trinta e cinco satélites. Na atualidade a cobertura deste sistema apenas atinge território chinês [37]. O caso do sistema de navegação indiano, o IRNSS, distingue-se, uma vez que o objetivo deste não é atingir uma cobertura global, mas apenas regional, isto é, tem apenas como alvo o território Indiano. Além de ser o primeiro sistema de localização terrestre por satélite, o GPS é também o mais conhecido e o mais utilizado a nível mundial. O GPS consiste numa constelação de vinte e quatro satélites que orbitam a Terra a uma altitude de, aproximadamente, vinte mil quilómetros, dispostos de tal forma que pelo menos quatro deles estão simultaneamente visíveis em qualquer ponto do planeta. A transmissão é feita através de um sinal RHCP (Rigth-Hand Circularly Polarised), também conhecido por L1, a uma frequência de 1575,42MHz. Este sinal é transmitido com uma potência necessária que garante na superfície terrestre a receção de uma potência de - 160dBw. O sinal L1 consiste numa modulação BPSK (Binary Phase Shift Keying) que, em conjunto com um código de ruído aleatório PRN (Pseudo-Random Noise) a uma frequência de 1,023MHz, é conhecido por código C/A (Coarse/Acquisition code) [3]. O recetor desmodula o código recebido na portadora L1 e deteta as diferenças entre os sinais de relógio atómicos dos satélites recebidos e o sinal de relógio interno presente no recetor, permitindo calcular com base nesses dados a posição atual no globo terrestre deste último. 2.3 Protocolo NMEA O protocolo NMEA (National Marine Electronics Association) é um protocolo de comunicação de dados, que tem uma utilização muito acentuada em sistemas baseados em GPS. A norma surgiu como meio de simplificação da troca de informação entre, pelo menos, dois componentes eletrónicos. A simplificação consiste em que toda a comunicação entre os dispositivos seja feita à base de tramas de dados sistematizadas [1]. Todas as frases são padronizadas da seguinte forma: um prefixo de duas letras define o dispositivo que está a ser usado, seguido por três letras que definem qual o tipo de mensagem recebida.

25 5 No caso dos recetores GPS, é utilizado o prefixo GP. Cada frase começa com o caracter $, termina com um indicador de nova linha e pode conter mais 80 caracteres de texto (aos quais acresce os terminadores de linha). Os dados estão separados por vírgulas. Os dados consistem exclusivamente em texto ASCII e o tamanho da trama pode ser variável. Os interpretadores, ao receberem os dados, retiram a informação dos campos entre vírgulas e utilizam o último campo da trama recebido para verificar a integridade do conteúdo da trama (esta última parte é opcional para o recetor). O campo checksum, ou soma de controlo, é nada mais do que um * e dois dígitos hexadecimais que representam um ou exclusivo (XOR) de oito bits de todos os caracteres entre, o $ e *, sem contar com estes últimos. Existem diversos tipos diferentes de mensagens NMEA previstas pela norma, cada uma com uma designação própria, que indica qual o tipo de dados que contém. As mais importantes são: - GPGGA: fornece dados de precisão com a localização terrestre a três dimensões (latitude, longitude e altitude); - GPVTG: inclui dados relativos ao deslocamento (velocidade); - GPRMC: mostra dados temporais (data e hora). A sua fácil implementação levou à sua adoção em massa, em particular a versão NMEA 0183, que permite taxas de transmissão de dados da ordem dos 4800 bits/s, em parte devido ao facto desta comunicação necessitar apenas de 2 sinais, um de receção e outro de envio, no dispositivo recetor [4]. 2.4 Tecnologias de comunicação As tecnologias de comunicação que vão ao encontro das necessidades do projeto separam-se em duas grandes categorias: meios guiados e meios não-guiados. Meios guiados são aqueles em que a transmissão é feita através de cabos, sejam eles telefónicos, coaxiais ou óticos. Em meios não-guiados a troca de dados é realizada recorrendo a radiofrequência ou infravermelhos (esta última já considerada obsoleta) Sistema GSM O GSM (Global System for Mobile Communications) é um padrão utilizado para efetuar comunicações de longo alcance, utilizado na vasta maioria dos dispositivos móveis na Europa, continente onde teve origem. Este sistema é tão popular que conta atualmente com quase 3 mil milhões de utilizadores em todo o mundo e continua em franco crescimento. As redes GSM utilizam as frequências 900 MHz e 1800 MHz na Europa, e 850 MHz e 1900 MHz nos Estados Unidos da América. São um meio de transmissão de dados digital de segunda e terceira geração, que opera utilizando modulação GMSK (Gaussian Minimum Shifting Keying), que permite que o sinal modulado a ser enviado na portadora seja, de antemão, filtrado usando um filtro Gaussiano passa-baixo, o que resulta numa grande redução da interferência entre canais vizinhos.

26 6 No GSM é utilizado um sistema s de cartões SIM para identificar a operadora de telecomunicações que está a utilizar o serviço. Isto permite a fácil troca de dispositivos móveis sem que hajaa alterações na rede de telecomunicações. Figura 2.1 Diagrama da arquitetura GSM, adaptada dee GSM Standard [5] O principal uso do GSM assenta ainda nas comunicações de voz, mas dispõe atualmente de soluçõess para outras áreas, como é o casoo do acesso móvel à Internet, designando-se este serviço por GPRS (General Packet Radio Service). O GPRS é um serviço de dados, baseado na transferência de pacotes, no princípio de melhor esforço, que transmite dados de tamanho variável, e sem garantia de entrega. Os recursoss são partilhados por vários utilizadores, e devido a este facto, subentende-se que a velocidade de transmissão de dados é variável (é utilizada uma técnica de multiplexagem TDMA - Time Division Multiple Access), onde apenas uma determinada qualidade de serviço é garantida durante a conexão [5] Comunicação sem fios Os sistemas sem fios têm vindo a ganhar terreno aos cablados nos últimos anos, na medida em que os primeiros apresentam a enorme vantagem de reduzir o percurso e a distribuição de cabos que transportam a informação. O desenvolvimento de altos débitos nass ligações sem fios, combinado com o que foi dito acima, faz com que seja apetecível transitar dos barramentos com fios para novos barramentos sem meios guiados. Paraa utilizar um sistema sem fios, é necessário ter em conta alguns fatores. O primeiro é que a largura de banda de frequências disponível é limitada, pelo que há prestadores de serviços que cobram o uso destas, para aplicações específicas em e ambientes industriais. Quase todas as bandas de frequências já see encontram atribuídas aos a prestadores de serviços e, portanto, é necessário escolher com critério, uma vez que os sistemas s deste género têm limitações de alcance e é dispendioso ocupar uma banda completa. É ainda de acrescentar que sinais de radiofrequência de serviços exteriores podem interferir com o sinal que se

27 7 pretende transmitir/receber. A taxa de transferência de dados do sistema necessita ser a adequada e a codificação do canal tem de ser feita de forma muito rigorosa [8]. Para implementar comunicação sem fios/custos, encontram-se três grandes alternativas, a comunicação via Wireless com protocolo IEEE , o Bluetooth e a tecnologia ZigBee. O IEEE e o Bluetooth partilham as seguintes características: ambos utilizam uma transmissão de dados de alto débito e constituem-se como melhor solução em termos de compatibilidade com a tecnologia presentemente utilizada em mais larga escala nas organizações. O Bluetooth é um protocolo que especifica uma forma de transmissão de dados de alto débito entre dispositivos, através de ondas rádio (de espetro espalhado e multiplexagem GFSK - Gaussian Frequency Shift Keying e 8-PSK - Phase Shift Keying) de curto alcance. As redes baseadas no protocolo IEEE b, também conhecidas por redes Wi-Fi, utilizam igualmente ondas rádio (de espetro espalhado e multiplexagem OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para troca de dados. Porém, atingem maiores distâncias e comportam maior segurança/privacidade. ZigBee é um padrão para redes sem fio, que prima pelo baixo consumo e pela baixa taxa de transmissão de dados. Foi pensado para arquiteturas em malha, topologia em estrela ou árvore. As suas características adequam-se a ambientes em que a recolha de dados seja feita frequentemente, em pequenos volumes, e por múltiplos pontos em simultâneo, sendo que o alcance da rede depende do número de dispositivos interligados. O menor custo da tecnologia e o menor consumo energético do Bluetooth e do ZigBee levam a que estas implementações sejam bastante atrativas para dotar produtos de comunicações sem fio, mas apesar disso, a interface IEEE é mais robusta (em termos de segurança, tendo um maior leque de opções de encriptação), tem maior alcance, velocidades superiores e a mais alta potência de transmissão, quando comparada com as outras tecnologias de comunicação sem fios em equação [6]. A tabela 2.1 apresenta uma comparação entre os diferentes tipos de tecnologias de comunicação sem fios e respetivas características: Tabela 2.1 Tecnologias de comunicação sem fios de curto alcance. IEEE Bluetooth1.1 ZigBee Gama de frequências de operação 2,4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz Velocidade de transmissão de dados 10 Mbps 1 Mbps 0.1 Mbps Tipo de modulação OFDM GFSK O-QPSK Alcance 100 m 10 m m CAN, Controller Area Network CAN (Controller Area Network) é um protocolo de comunicação série que suporta de forma eficiente e segura o controlo de sistemas em tempo real, ligados através de um meio guiado (cabos) que constituí um barramento, onde cada unidade conectada que possa enviar ou receber dados é designada por nó, apresentando as seguintes características: - Mensagens que transitam no barramento têm diferentes prioridades;

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