Sistema de Monitorização com Múltiplos Alarmes (1 a -parte)

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1 1 o -Trabalho de Laboratório - PIC Sistemas Computacionais IST /2006 Sistema de Monitorização com Múltiplos Alarmes (1 a -parte) 1 Introdução Alguns sistemas embebidos são desenvolvidos sobre plataformas relativamente simples, com escassos recursos, e onde a utilização de sistemas operativos como suporte à aplicação pode não ser viável. Neste tipo de sistemas existe, essencialmente, a necessidade de realizar algum processamento elementar e aceder a diversos dispositivos de entrada / saída (e.g. acesso a sensores para recolha de informação). No entanto, em muitos outros casos, a existência de suporte ao nível de sistema operativo (mesmo que com funcionalidade reduzida) pode facilitar grandemente o desenvolvimento das aplicações. O trabalho de laboratório a realizar (constituído por 2 partes) tem como objectivo fundamental a familiarização por parte dos alunos com o desenvolvimento de sistemas embebidos, tanto de média/baixa complexidade, utilizando microcontroladores, e sem o suporte de um sistema operativo, como utilizando núcleos multitarefa para o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Em particular, deverão adquirir alguma sensibilidade na utilização de mecanismos de sincronização e comunicação entre tarefas, no contexto de aplicações concorrentes, e deverão ainda familiarizar-se com outras características de sistemas embebidos tais como aceder a dispositivos utilizando a rede/barramento I2C (Inter Integrated Circuit), a salvaguarda de informação em dispositivos de memória não volátil (EEPROM), a utilização de conversão analógica-digital, e a comunicação série RS232. Deverão adquirir ainda alguma sensibilidade para aspectos relacionados com o consumo de energia, recorrendo a modos de funcionamento que permitam, na medida do possível, aumentar a autonomia do sistema. 2 Descrição do problema O trabalho está decomposto em duas partes distintas, que serão depois interligadas. Esta primeira parte corresponde a um sistema de monitorização e alarme, que dispõe de uma interface com o utilizador relativamente rudimentar (interruptores, bezouro e LCD). A outra parte, com uma capacidade de processamento e interface com o utilizador mais elaboradas, permitirá o acesso remoto (através de linha série RS232) ao sistema desenvolvido na primeira parte. 1

2 2.1 Sistema de monitorização e alarme Esta parte do trabalho será realizada utilizando a placa de desenvolvimento PICDEM 2 Plus Demonstration Board [1], que inclui um microcontrolador PIC18F452 [2]. A aplicação será programada utilizando a linguagem C ( MPLAB C18 C Compiler [3, 4, 5]) e o ambiente de desenvolvimento MPLAB Integrated Development Environment (IDE) da Microchip. A consulta da respectiva documentação é fundamental para a correcta realização do trabalho. Pretende-se: Construir um relógio, com base num dos temporizadores disponíveis, para manter a hora corrente, na forma de horas, minutos e segundos. Este relógio irá permitir a gestão de alarmes e servirá também para estampilhar temporalmente os eventos a registar. Monitorizar o estado do sistema através da inspecção periódica (período PMON), ou a pedido, dos valores de temperatura e tensão. A temperatura é obtida através da leitura do sensor de temperatura TC74 [7] existente na placa de desenvolvimento, e a tensão obtém-se recorrendo ao conversor analógico-digital para converter o valor da tensão controlada pelo potenciómetro existente na placa de desenvolvimento, e que se encontra ligado à linha RA0 do PIC. Gestão de um conjunto de alarmes, quer associados a uma determinada hora (HH:MM:SS), quer associados a um determinado tipo de evento (e.g. valores de temperatura e tensão). Geração de sinal sonoro ( besouro ) associado aos diversos alarmes. Comandos básicos de interface com o utilizador (usando 2 interruptores) para permitir o controlo do sistema a nível local, e afixação de informação no LCD de acordo com o modo de funcionamento. (Consultar secção relativa à interface com o utilizador.) Guardar na EEPROM externa (24LC256) [8] existente na placa de desenvolvimento, o registo histórico dos eventos relevantes ocorridos. Podem ser guardados até NREG registos na forma de um buffer circular (quando o buffer está cheio, os novos registos vão substituindo os registos mais antigos). Guardar na EEPROM interna do PIC os parâmetros relevantes ao correcto funcionamento do sistema (incluindo a hora corrente), de forma a poderem ser recuperados mesmo que entretanto se tenha desligado temporariamente a alimentação. O valor do relógio deve ser guardado com uma periodicidade mínima de PRLG. Comunicação série RS232 para acesso remoto, permitindo operações de reconfiguração e transferência de informação (a realizar mais tarde em conjunto com a segunda parte do trabalho). Cada registo a guardar em memória terá uma dimensão de 8 octetos, sendo o seu conteúdo dependente do tipo de evento. Nos casos em que não se utilizam 8 octetos, os octetos não utilizados ficam indefinidos. De uma forma geral, um registo terá o seguinte formato: estampilha temporal, tipo de evento, parâmetros dependentes do tipo de evento A estampilha temporal corresponde à hora corrente, sendo constituída por 3 octetos (horas, minutos, segundos). O tipo de evento ocupa 1 octeto. São os seguintes os eventos a considerar (na 2-parte do trabalho poderão ser adicionados mais eventos): 2

3 evento código parâmetros descrição EINI 1 temperatura (1) + tensão (2) início de execução ERLG 2 nova hora (3) acerto do relógio EDALA 3 hora do alarme (3) definição de alarme relógio EDTMP 4 limiar temperatura (1) definição de alarme temperatura EDVLT 5 limiar tensão (2) definição de alarme tensão EARLG 6 temperatura (1) + tensão (2) alarme relógio EATMP 7 temperatura (1) + tensão (2) alarme temperatura EAVLT 8 temperatura (1) + tensão (2) alarme tensão A tensão é representada usando 2 octetos: 1 para a parte inteira (V), e 1 para a parte decimal (vv). O projecto deve ser desenvolvido de forma a que os valores dos parâmetros apresentados a seguir possam ser facilmente configuráveis. Desde que possível, serão recuperados a partir da EEPROM interna. Inicialmente tomarão os seguintes valores: NREG 30 número de registos no buffer PMON 5 seg período de monitorização TSOM 2 seg duração sinal sonoro PRLG 1 min período de salvaguarda do relógio 2.2 Acesso remoto A realizar na 2 a -parte do trabalho de laboratório. 3 Interface com o utilizador 3.1 Sistema de monitorização e alarme A interface com o utilizador, nesta parte do trabalho, é efectuada através de 2 interruptores (S2, S3), um besouro (sinal sonoro), e um LCD (2 linhas de 16 caracteres) [6]. Os interruptores são utilizados para realizar as operações de acerto do relógio, definir alarmes, e seleccionar o modo de funcionamento. O interruptor S3 (RB0) é utilizado para seleccionar a operação a realizar, e o interruptor S2 (RA4) é utilizado para efectuar as alterações dos campos seleccionados, ou a activação da operação pretendida. Mais concretamente, partindo da situação de funcionamento normal, ao pressionar-se S3, colocarse-á o cursor a piscar sobre o primeiro dos campos susceptíveis de ser alterados (horas), podendo nessa altura o respectivo valor ser incrementado pressionando S2. De cada vez que se pressiona S3 passa-se ao campo seguinte, até voltar de novo à situação de funcionamento normal. Quando se pressiona S2, o valor do campo que está a ser alterado será incrementado módulo a gama de valores correspondentes ao respectivo campo. A informação a mostrar no LCD (no funcionamento normal) terá o seguinte aspecto: 3

4 HH:MM:SS ATV P TT C B V,vv V As letras ATV permitem definir e activar, respectivamente, os alarmes correspondentes a uma determinada hora, um limiar de temperatura, e um limiar de tensão. Quando activadas, os campos correspondentes ao relógio, temperatura, ou tensão, serão utilizados para definir os novos valores do alarme e dos limiares. A letra P permite activar o modo de poupança de energia. Neste modo de funcionamento, o LCD estará apagado. Sairá desse modo quando se carregar de novo em S3, ou quando ocorrer um alarme. Quando ocorre um alarme, para além do registo desse evento, será gerado um sinal sonoro de duração TSOM, e afixado no LCD a informação correspondente. Essa informação consiste na hora de ocorrência, na identificação da causa (letra ATV) e o valor que o provocou (no caso da temperatura e tensão). Essa informação será mantida no LCD até que ocorra um novo alarme, ou até que se carregue em S3. A letra B será mostrada no LCD, na posição indicada (8 a coluna da 2 a linha), quando o buffer estiver cheio (acompanhado de notificação sonora, de duração TSOM). Manter-se-á enquanto durar essa situação. As características dos dispositivos de E/S a utilizar devem ser consultadas no manual da placa [1], ou nos Data Sheets dos respectivos dispositivos. 3.2 Acesso remoto A realizar na 2 a -parte do trabalho de laboratório. 4 Desenvolvimento do projecto No desenvolvimento do projecto, aconselha-se a utilização de uma estrutura modular, com testes faseados. Para o suporte à execução da aplicação na placa alvo PICDEM-2, não existirá nenhum sistema operativo. É da responsabilidade dos alunos estruturarem o programa de uma forma modular de acordo com as várias tarefas a realizar. O suporte à execução dessas tarefas deverá ser organizado na forma de um executivo cíclico, recorrendo ao uso de interrupções nas situações que o justifiquem. Subjacente a toda a realização do projecto, deve estar a preocupação de, sem prejuízo da funcionalidade pretendida, tentar optimizar o consumo de energia, recorrendo à instrução sleep quando possível. Em termos de fases de desenvolvimento do projecto, os alunos podem/devem tirar partido da disponibilidade de um simulador do PIC no ambiente de desenvolvimento. A utilização directa da placa de desenvolvimento, com a correspondente programação do microcontrolador PIC, poderá apenas ser feita após essa fase inicial de testes. 4

5 5 Entrega do trabalho Esta parte do trabalho pode ser entregue até à semana de 17 de Abril de 2006 no gabinete do docente (Secção de Sistemas Digitais e Computadores). O material a entregar consiste numa disquete com todos os programas desenvolvidos, e numa listagem dos mesmos. Devem ainda juntar 1 ou 2 páginas A4 com a especificação da estrutura de dados e as partes mais relevantes dos algoritmos (em pseudo-código). Todos estes elementos devem vir identificados com o número do grupo de laboratório e identificação dos alunos que o compõem. A visualização posterior do trabalho será efectuada com base no trabalho entregue. References [1] Microchip Technology Inc. PICDEM 2 Plus User s Guide [2] Microchip Technology Inc. PIC18FXX2 Data Sheet [3] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler Getting Started [4] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler User s Guide [5] Microchip Technology Inc. MPLAB C18 C Compiler Libraries [6] Hitachi. HD44780U (LCD-II) (Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/Driver). [7] Microchip Technology Inc. TC74 - Tiny Serial Digital Thermal Sensor [8] Microchip Technology Inc. 24AA256/24LC256/24FC K I2C CMOS Serial EEPROM