(RELATÓRIO NAO FINAL)

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1 (RELATÓRIO NAO FINAL) SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 1

2 "O único lugar onde sucesso vem antes do trabalho é no dicionário." Albert Einstein SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 2

3 Agradecimentos Agradecimento especial ao nosso orientador Eng. Nelson Neves pela sua constante vontade de ajudar, ao longo dos diversos problemas que fomos encontrando. Gostaríamos também de agradecer ao Eng. Alexandre Diogo pelos esclarecimentos que nos prestou durante a concepção das fontes de alimentação. E agradecemos de uma forma geral a todos os orientadores. Aos nossos companheiros e amigos de curso, por partilharem connosco a sua vida académica. A todos o nosso sincero obrigado SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 3

4 INDÍCE Capitulo 1 INTRODUÇÃO 5 Capitulo 2 Bases Teóricas 6 Capitulo 3 Desenvolvimento e Implementação 22 Capitulo 4 Conclusões 36 Bibiografia Anexos 37 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 4

5 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Este projecto consiste na criação de um sistema de alarme inteligente que tem por objectivo dar total segurança a um edifício. O sistema é constituído por um display LCD, teclado matricial, por sensores infravermelhos, por diversos componentes electrónicos e por um microcontrolador que irá fazer a interligação de todos os periféricos e a monitorização dos sensores. Em pleno funcionamento este equipamento garante a segurança contra intrusão de um edifício. Este trabalho é resultado de um esforço contínuo, ao longo de um ano, de um grupo de dois alunos do Curso de Engenharia Electrónica e de Automação. A ideia de desenvolver um sistema de alarme inteligente surgiu ainda antes do ano lectivo 2005/2006 começar, numa conversa no MSN Messenger. Inicialmente a ideia consistia apenas em fazer um simples alarme, contudo com o desenrolar do projecto surgiu a ideia de incluir o aviso de alarme através de SMS (Short Message Service). Não seria possível a concretização deste projecto apenas no período de aulas, uma vez que para além deste tempo tivemos de disponibilizar muitas horas extra curriculares incluindo fins-de-semana, muito dias até de madrugada. Este projecto motivou-nos bastante, uma vez que nos aproximou da realidade prática e nos permitiu aplicar conhecimentos adquiridos ao longo destes 5 anos. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 5

6 CAPÍTULO 2 Bases Teóricas Estudo dos sensores mais utilizados em sistemas de segurança Sensor Infravermelho Passivo: PIR( Passive Infra-Red) É composto de um detector de luz infravermelha (sensor pyroelectric), uma lente e um circuito electrónico. É chamado passivo porque não emite, mas apenas detecta movimentação de luz infravermelha na sua área de actuação. A radiação infravermelha está ligada à temperatura, logo o que o sensor detecta é a alteração da temperatura. O detector de radiação infravermelha lê, através de um sensor de infravermelho, a intensidade dessa radiação emitida por um ambiente. Ao sobrepor-se um objecto de temperatura diferente entre o ambiente e o sensor, variará também a radiação recebida por este, assim determina-se a passagem de alguém no seu raio de actuação. O transdutor piroeléctrico converte a energia infravermelha num sinal de tensão. São projectados para ter sensibilidade máxima a objectos que emitem energia calorífica com um comprimento de onda de cerca de 10 microns (o pico de comprimento de onda de energia calorífica emitida pelos humanos). Sensor pyroelectric Sensor PIR Vista interior É utilizado um sistema de lentes (fresnel) para definir o campo de actuação deste sensor. Isso é obtido pela distribuição de vários feixes de actuação que são completamente cobertos pelo objecto a ser detectado (pessoa). SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 6

7 Representação resumida do processo de detecção. SENSORES INFRA-VERMELHO ACTIVOS Os sensores IVA (Infra-Vermelho Activos) são sistemas de detecção de intrusão pelo corte de um feixe alinhado de luz infravermelha. Essas barreiras podem ser de feixe simples ou duplo. Abaixo temos 2 tipos de sensores IVA, de feixe simples e feixe duplo respectivamente: Feixe simples Feixe duplo SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 7

8 Sensor de ruído ou quebra-de-vidro O sensor de quebra de vidro incorpora um analisador de áudio, oferecendo uma detecção precisa sem precedentes. É o único analisador de sinais que ignora distúrbios ambientais e ruídos externos aleatórios, enquanto responde rapidamente ao som da quebra do vidro. Garantindo uma protecção eficaz e fiável contra roubos. Assegura elevada fiabilidade e alta imunidade a falsos alarmes. Um só sensor é suficiente para cobrir uma divisão, independentemente do número de janelas. Colocado no tecto Sensor de quebra de vidro Raio de alcance: 10 metros-(ajustável) Espectro de frequência: KHz Ganho 75db Hz- Máxima sensibilidade Sensor: Microfone Electrolet Condenser Sensor Magnético O primeiro módulo deste sensor é constituído por um reed switch, que fecha quando um campo magnético se encontra junto deste. O iman é utilizado juntamente para criar o campo magnético para fechar o reed switch. Este sensor pode ser utilizado para detectar a abertura de uma porta ou janela. Pode ser instalado também em quadros ou objectos valiosos. É um sensor que é accionado quando entra em contacto com um campo magnético. Geralmente, o íman é constituído de um material denominado ferro-magnético, ou seja, Ferro, Níquel etc.. O seu funcionamento ocorre da seguinte maneira, quando um íman entra em contacto com o sensor este atrai um par de chapas que fecha o circuito accionando uma determinada carga. Sensor magnético (reed switch) O íman cria um campo magnético Íman Sensor Magnético SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 8

9 Sensores com tecnologia Microondas Usam um circuito que irradia microondas de baixa potência e uma antena que detecta a reflexão desta radiação em corpos sólidos. Um circuito electrónico interpreta esta reflexão e verifica quando existe um corpo sólido se movimentando, activando o alarme. Este tipo de sensor emite sinais de frequências de rádio e detecta o movimento através das ondas que reflectem nos objectos e retornam ao sensor. Os detectores de movimento por infravermelho podem ser falsamente obstruídos por outras fontes de calor, sendo mais sensíveis à detecção de movimento. Os sensores de microondas podem detectar movimentos falsos, sendo mais sensíveis na detecção de movimentos lineares em relação a ele. Muitos dos produtos fabricados incluem as duas tecnologias aumentando muito a fiabilidade. Sensores com dupla tecnologia (Sensores PIR + Microondas) O problema do sensor de microondas é que as microondas podem atravessar corpos sólidos como uma parede ou até detectar movimento de água no subsolo. Para resolver este problema, para alarmes é fabricado um modelo que funciona em conjunto com um PIR normal, que só dispara quando ambos detectam algo ao mesmo tempo. O sensor de microondas possui um ajuste para a sensibilidade da microonda reflectida, o que permite ajustar o mesmo para não detectar pequenos animais como cães, gatos e pássaros. Sensor microondas (10.680GHz) Sensor PIR Vista exterior sensor dupla t ecnologia SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 9

10 O sensor PIR funciona com vários feixes de actuação, enquanto o sensor microondas tem uma cobertura uniforme. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 10

11 Estudo dos comandos AT e formato PDU - Introdução A maioria dos novos telefones móveis GSM/UMTS incluem modem interno trazendo inúmeras capacidades para além de se aceder à Internet. De uma forma mais simples será assim possível controlar remotamente um telemóvel a partir de um PC ou μc usando comunicação série como por exemplo RS232, USB (Universal Serial Bus) ou IrDA (Infravermelhos) com os chamados AT+ Commands. Com estes comandos podemos aceder e modificar o estado de todas as funções e parâmetros do telemóvel. Existe actualmente segundo o ETSI (European Telecommunications Standards Institute) uma lista de comandos normalizados que permitem o total controlo do telemóvel (ver ETSI GSM 07.05/07.07 ou 3GPP /27.007). Quando se afirma o controlo total do telemóvel fala-se das funções standards como: aceder, modificar a lista de endereços; consultar o nível bateria; enviar, ler ou apagar pequenas mensagens (SMS). Para além destas funções normalizadas cada construtor especifica mais alguns comandos de controlo devido às particularidades de cada equipamento. Como este trabalho tem só como objectivo o envio de mensagens, todos os comandos estão de acordo com GSM para SMS não obedecendo a regras específicas de cada marca. Assim foi utilizado o telemóvel SIEMENS S35i (com modem interno V.25) e um cabo série para comunicação com μc. Conexão física SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 11

12 Parâmetros RS232: Bits por segundo: Bits de dados: 8 Paridade: nenhum Bits de paragem: 1 Controlo de fluxo: nenhum Comandos AT+: Neste capítulo não se fará uma descrição completa dos AT commands, mas só uma breve explicação de alguns para se compreender o funcionamento destes. Sugere-se antes de mais a leitura do manual de referência para se ter informação completa de todos os comandos possíveis (ver AT Commands Set Manual Reference for SIEMENS Mobile Phones S35i, C35i, M35i). Os primeiros testes foram realizados usando o Hyper Terminal. De acordo com o GSM e GSM 07.05, todos os comandos devem começar com a string de caracteres AT e terminar com <CR> (Carriage Return - Enter). A resposta será positiva OK se for reconhecida e aceite pelo telemóvel ou negativa ERROR se não pertencer à lista de comandos aceites. SMS As mensagens SMS especificadas pela organização Etsi podem ter vários comprimentos sendo o seu máximo de 160 caracteres usando para isso caracteres com 7 bits de comprimento. Para alem do tipo de caracteres utilizar existem duas formas de mandar e receber mensagens SMS: uma por modo de texto e outra por modo PDU (Protocol Description Unit). O primeiro modo indisponível num grande número de telefones somente codifica algumas partes representadas pelo modo PDU. Este tipo de mensagens traz alguns problemas pois existem diferentes codificações para representar o mesmo alfabeto sendo assim necessário escolher a codificação apropriada para cada caso. Deste modo se o modo de texto for usado, a leitura de uma mensagem pode ser limitada às opções de codificação disponíveis no telefone, o que não acontece se usarmos o modo PDU. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 12

13 Formato PDU: PDU (Protocol Description Unit) PDU é um protocolo que permite o envio de SMS. Formato PDU (Recepção de mensagens) A palavra em formato PDU não contem somente a mensagem, mas inúmeras outras informações sobre a pessoa que mandou a mensagem, o centro de mensagens, entre outros. Para analisar esta palavra será necessário dividir em grupos de caracteres de dois elementos e verificar o significado de cada um destes grupos. Deve-se tomar em atenção que alguns destes grupos encontram-se em hexadecimal e outros em decimal. Os grupos são denominados por Octets. Como exemplo apresenta-se a seguinte palavra que é o resultado do envio da mensagem OLA: C AA034F Informação sobre o comprimento do Centro de Mensagens (neste caso 7 octets ) 91 Tipo de endereço do SMSC (91 significa formato internacional Anexo 2) Numero do centro de mensagens (em decimal octets) (1) Primeiro octet da mensagem (Anexo 3) 00 Permite que o telefone fixe ele mesmo o numero da mensagem de referencia 0C Comprimento do numero de telefone de destino 91 Tipo de endereço (Anexo 2) Numero de destino Protocolo identificador. TP-PID (Anexo 4) 00 Esquema de codificação de dados. TP-DCS (Anexo 4) AA Período de validade (neste caso AA - 4dias (Anexo 7)) 03 Comprimento da mensagem. TP-UDL 4F Mensagem OLA representada em octets de 8 bits representando dados de 7 bits (Anexo 6) (1) Se o número de telefone for impar será necessário acrescentar um F para ficar par SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 13

14 A mensagem é codificada transformando cada carácter representado por 7 bits em caracteres de 8 bits os chamados octets. Deste modo a mensagem usada como exemplo anteriormente codificada como: O L A Decimal Binário de 7 bits Deste modo o primeiro caracter binário de 7 bits (O) vai ser convertido num binário de 8 bits adicionando-lhe o bit mais à direita do Segundo caracter (L). Este bit será inserido no campo mais à esquerda ficando = ( 4F ). O bit mais à direita do segundo caracter desaparecerá necessitando assim de dois bits para ter 8, o que deve ir busca-lo ao carácter seguinte (A), esses dois bits serão incluídos no campo mais a esquerda ficando = ( 66 ). Os dois bits mais a direita do terceiro carácter desaparecerá necessitando assim de três bits para ter 8, o que deve ir busca-lo ao carácter seguinte. Como neste caso este é o ultimo carácter este fica como está bastando somente converte-lo para hexadecimal. Binário de 8 bits Hexadecimal 4F Um aspecto importante que se deve ter em conta no envio de mensagens neste formato é não utilizar caracteres com acentos, ou seja não usar caracteres em que segundo a tabela ASCII o seu valor decimal ultrapasse o valor 127, isto porque acima deste valor será necessário 8 bits para representar esse carácter e a codificação aqui utilizada utiliza somente caracteres com 7 bits. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 14

15 AT Commands de acordo com GSM para SMS: Os comandos segundo GSM são usados para o controlo das funções de SMS dos telefones móveis. Em seguida fazer-se somente referencia aos principais comandos necessários para enviar uma mensagem SMS, muito embora existam outros. O comando AT+CMGF=? lista o tipo de formatos de mensagens suportados pelo telemóvel, sendo importante configurar o telemóvel (isto se ele tiver varias opções) para o formato PDU, descrito ao longo deste trabalho. No telemóvel em causa não é possível configurar o modo pois ele só tem o modo PDU. Para enviar mensagens usa-se o comando AT+CMGF. Neste comando é necessário enviar primeiro o comprimento da mensagem que se vai enviar e esperar por uma resposta do telemóvel. Posteriormente pode-se mandar a mensagem (em formato PDU) terminando com ctrl-z e será dada uma resposta de volta OK ou ERROR se a mensagem for enviada ou não respectivamente. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 15

16 Esquema de comunicação PC / Telemóvel via RS232 μc RS232 Testar a Comunicação AT <cr> OK / ERROR Envio da mensagem SMS AT+CMGS=140 <cr> > C AA034F6610 <CTRL+Z> (mensagem: OLA) CMGS: 230 OK / ERROR Exemplo: Envio de uma mensagem usando os AT+ commands AT+CMGS=17 <CR> > C AA034F6610 <CTRL+Z> Resposta se enviada com sucesso: +CMGS: 197 OK Resposta se não for enviada com sucesso: ERROR SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 16

17 Estudo das memórias do microcontrolador O microcontrolador T89C51RD2 (ATMEL) tem 64K de memória Flash, tem 2K de memória EEPROM e tem 1280K de memória RAM. Tipos de memória RAM (Random Acess Memory) ROM (Read Only Memory) PROM (Programmable ROM) EPROM (Erasable PROM) EEPROM (Electrically EPROM) FLASH EEPROM Características Memória de leitura e escrita, a escrita é feita electricamente. É apagada também electricamente byte a byte, é volátil. Programada na fábrica através da metalização nos pontos de interconexão dos díodos. Apenas de leitura, não volátil. É programada apenas uma vez, é não volátil. EPROM pode ser apagada apenas por exposição a uma forte luz ultravioleta. A escrita é feita electricamente e é não volátil. EEPROM pode ser programada e apagada várias vezes, electricamente. É apagada electricamente byte a byte. É não volátil. Em termos leigos, trata-se de um chip re-escrevível que, ao contrário de uma RAM, preserva o seu conteúdo sem a necessidade de fonte de alimentação. É apagada electricamente por blocos. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 17

18 O T89C51RD2 tem memória interna de dados que é traçada em quatro segmentos separados. Os quatro segmentos são: 1. Os 128 bytes mais baixos da RAM (endereços 00H a 7FH) são directamente e indirectamente endereçáveis. 2. Os 128 bytes superiores da RAM (endereços 80H a FFH) são indirectamente endereçáveis somente. 3. Os registos de funções especiais, SFR s, (endereços 80H a FFH) são apenas directamente endereçáveis. 4. Os bytes da XRAM são alcançados indirectamente por instruções de MOVX, e com o bocado de EXTRAM cancelado no registo de AUXR. Os 128 bytes mais baixos podem ser alcançados por endereçamento directo ou indirecto. Os 128 bytes superiores podem ser alcançados apenas por endereçamento indirecto. Os 128 bytes superiores ocupam o mesmo espaço de endereço que os SFR. Isso significa que têm o mesmo endereço, mas são fisicamente separados do espaço de SFR. Endereços de memória interna e externa: Memória FLASH O T89C51RD2 tem 64K de memória Flash. Nesta área incluiu 63K de memória de programa e 1K dedicados ao bootloader (ISP e flash API). SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 18

19 Os 64K de memória Flash são programados por bytes ou por páginas de 128 bytes. Não é necessário apagar um byte ou uma página antes de programar. Estudo da EEPROM (registos e estrutura da memória) EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) Ao contrário de uma EPROM, uma EEPROM pode ser programada e apagada várias vezes, electricamente. Pode ser lida um número ilimitado de vezes, mas só pode ser apagada e programada um número limitado de vezes, que variam entre as e 1 milhão. O microcontrolador T89C51RD2 tem um bloco de memória EEPROM que contém 2048 bytes (2K) e é organizado em 32 páginas (ou em filas) de 64 bytes. O bloco da memória de EEPROM está situado nos endereços 0000h a 07FFh no espaço de memória de XRAM e é seleccionado configurando os bits de controlo do registo EECON. Registo EECON ( registo de controlo da EEPROM): SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 19

20 Registo EETIM (registo de controlo de tempo): SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 20

21 Desenvolvimento de rotinas de escrita de dados na EEPROM; Rotina que escreve um caracter numa posição da eeprom, e depois é lida dessa posição e escrita no Lcd. ; =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= ; Project: SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE ; Microcontroller: ATMEL T89C51RD MHz ; Programmers: Joel Ramos - Albano Sampaio ; =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= #include 89C51RD2.asm.org 0000h LCALL INICIA_LCD ; Inicialização do LCD LCALL e2prom_bf ; Verifica se a eeprom esta a ser programada, ou seja ; se esta ocupada. MOV EETIM,#37h ; MHz*5 = 37h Valor a que corresponde a freq. do cristal MOV EECON,#02h ; EEE=1 (endereçamento da EEPROM ) ; ESCREVER NA EEPROM MOV DPTR,#0000h MOV A,#2Ah MOV EECON,#52h MOV EECON,#0A2h ; endereço da eeprom onde vai escrever ; enviar para o acumulador o que queremos escrever na eeprom ;neste caso um asterisco ; Escrever dados na EEPROM ; Sequência de escrita ; Sequência de escrita LCALL e2prom_bf ;LER O QUE ESTA NA EEPROM E ESCREVER NO LCD MOV DPTR,#0000h ; endereço da eeprom onde vai ler MOV EECON,#02h ; EEE=1 (endereçamento da EEPROM ) MOVX A,@DPTR ;Ler dados da EEPROM LCALL CRTR_LCD ; escreve o caracter no LCD e2prom_bf SJMP $ MOV A,EECON ;Verifica se a flag EEBUSY do registo EECON esta ANL A,#01h ; a 1 ou a 0. Quando a eeprom está a ser programada JNZ e2prom_bf ; o EEBUSY=1, quando termina fica a 0. RET #include LCD.asm.end SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 21

22 CAPÍTULO 3 Desenvolvimento e Implementação Implementação do serviço SMS (Short Message Service) Com o desenrolar do projecto surgiu a ideia de incluir o aviso de alarme através de SMS. Se ocorrer um roubo o utilizador vai ser informado, através de um SMS no seu telemóvel, que a zona (x) de sua casa foi alvo de um roubo. Mas para implementar este serviço no nosso sistema precisamos de um telemóvel, que irá comunicar via porta série com o microcontrolador. A maioria dos novos telefones móveis GSM/UMTS incluem modem interno trazendo inúmeras capacidades para além de se aceder à Internet. De uma forma mais simples será assim possível controlar remotamente um telemóvel a partir de um PC ou μc usando comunicação série como por exemplo RS232, USB (Universal Serial Bus) ou IrDA (Infravermelhos) com os chamados AT+ Commands. Com estes comandos podemos aceder e modificar o estado de todas as funções e parâmetros do telemóvel. Existe actualmente segundo o ETSI (European Telecommunications Standards Institute) uma lista de comandos normalizados que permitem o total controlo do telemóvel (ver ETSI GSM 07.05/07.07 ou 3GPP /27.007). Quando se afirma o controlo total do telemóvel fala-se das funções standards como: aceder, modificar a lista de endereços; consultar o nível bateria; enviar, ler ou apagar mensagens (SMS). Para além destas funções normalizadas cada construtor especifica mais alguns comandos de controlo devido às particularidades de cada equipamento. Como este trabalho tem só como objectivo o envio de mensagens (SMS), todos os comandos estão de acordo com GSM para SMS não obedecendo a regras específicas de cada marca. Assim foi utilizado o telemóvel SIEMENS S35i (com modem interno V.25) e um cabo série para comunicação com μc. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 22

23 Para conectar o telemóvel com o microcontrolador usamos um cabo série próprio deste modelo de telemóvel. Mas o cabo teve que ser alterado, para funcionar. Um dos nossos problemas era mesmo este, porque o cabo vem preparado para ligar o telemóvel ao PC, ou seja dentro da ficha DB9 tem um conversor bidireccional RS 232 TTL e o microcontrolador funciona com tensões TTL daí a nossa dificuldade. Para ultrapassar este problema cortamos a ficha DB9 e ligamos directamente à porta série do microcontrolador. Assim o problema foi resolvido, temos TTL em ambos os lados. Parâmetros RS232: Bits por segundo: Bits de dados: 8 Paridade: nenhum Bits de paragem: 1 Controlo de fluxo: nenhum Usando os comandos AT vamos através do microcontrolador controlar o envio de sms no telemóvel. As mensagens SMS especificadas pelo instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) podem ter vários comprimentos sendo o seu máximo de 160 caracteres usando para isso caracteres com 7 bits de comprimento. Para além do tipo de caracteres a utilizar existem duas formas de mandar e receber mensagens SMS: uma por modo de texto e outra por modo PDU (Protocol Description Unit). O primeiro modo indisponível num grande número de telefones somente codifica algumas partes representadas pelo modo PDU. Este tipo de mensagens traz alguns problemas pois SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 23

24 existem diferentes codificações para representar o mesmo alfabeto sendo assim necessário escolher a codificação apropriada para cada caso. Deste modo se o modo de texto for usado, a leitura de uma mensagem pode ser limitada às opções de codificação disponíveis no telefone, o que não acontece se usarmos o modo PDU. Sendo assim vamos utilizar o modo PDU. A palavra em formato PDU não contém somente a mensagem, mas inúmeras informações sobre a pessoa que mandou a mensagem, o centro de mensagens, entre outros. Para analisar esta palavra será necessário dividir em grupos de caracteres de dois elementos e verificar o significado de cada um destes grupos. Deve-se tomar em atenção que alguns destes grupos encontram-se em hexa-decimal e outros em decimal. Os grupos são denominados por Octets. Como exemplo apresenta-se a seguinte palavra que é o resultado do envio da mensagem OLA: C AA034F Informação sobre o comprimento do Centro de Mensagens (neste caso 7 octets ) 91 Tipo de endereço do SMSC (91 significa formato internacional Numero do centro de mensagens (em decimal octets) (1) Primeiro octet da mensagem 00 Permite que o telefone fixe ele mesmo o numero da mensagem de referencia 0C Comprimento do numero de telefone de destino 91 Tipo de endereço Numero de destino Protocolo identificador. TP-PID 00 Esquema de codificação de dados. TP-DCS AA Período de validade (neste caso AA - 4dias) 03 Comprimento da mensagem. TP-UDL 4F Mensagem OLA representada em octets de 8 bits representando dados de 7 bits (1) Se o número de telefone for impar será necessário acrescentar um F para ficar par Para guardar alguns parâmetros relacionados com o funcionamento do sistema SMS, como os números de telemóvel, número de centro de mensagens e as mensagens existiu a necessidade de utilizar uma memória não volátil, para mantermos esses valores seguros mesmo em caso de um corte de energia. Como o nosso microcontrolador possui uma memória eeprom interna de 2K, não SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 24

25 foi necessário usar uma externa. Para garantir o funcionamento do sistema SMS necessitamos de ter um número de telemóvel, um número de centro de mensagens, e uma mensagem. O nosso sistema incorpora 8 sensores e permite enviar até para 4 números de telemóveis diferentes. Durante o desenvolvimento desta parte do SAI foram surgindo várias ideias. A primeira ideia que surgiu foi gravar 32 tramas na eeprom mais o centro de mensagens. Temos 8 sensores e até 4 números de telemóveis. Assim sendo tínhamos 8 tramas por cada número de telemóvel, mais o numero de centro de mensagens. Mas para esta solução não tínhamos memória eeprom suficiente, e sendo assim existiu a necessidade de pensar noutra solução. A solução que encontramos para resolver este problema foi usar o microcontrolador para construir as tramas. Assim só precisamos enviar para a eeprom 8 tramas (uma para cada mensagem correspondente a cada sensor), mais 4 tramas ( uma para cada numero de telemóvel). Conforme a zona accionada o microcontrolador vai reunir cada pedaço de forma construir a trama a enviar para cada telemóvel. A trama é construída da seguinte forma: Primeiro o centro de mensagens, de seguida o número de telemóvel a enviar e por fim a mensagem correspondente à zona que foi accionada. Na memória eeprom são gravadas 13 tramas, como se pode ver na figura seguinte: 1 Centro de Mensagens 4 Números de tlm 8 Mensagens Centro de msg 1 Número 1 Mensagem 1 Número 2 Mensagem 2 Número 3 Mensagem 3 Número 4 Mensagem 4 Mensagem 5 Mensagem 6 Mensagem 7 Mensagem 8 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 25

26 Construção de uma Trama pelo microcontrolador: 1 Centro de Mensagens 4 Números de tlm 8 Mensagens Centro de msg 1 Número 1 Número 2 Número 3 Mensagem 1 Mensagem 2 Mensagem 3 Número 4 Mensagem 4 Mensagem 5 Mensagem 6 Mensagem 7 Mensagem Centro de msg 1 Número 2 Mensagem 1 Na figura acima podemos entender melhor a construção da trama a enviar para um telemóvel. Por exemplo imaginemos que ocorreu um alarme no sensor 1 e temos que avisar o telemóvel número 2. Assim ao construir a trama vamos usar o Centro de Mensagens 1, o Número de telemóvel 2 (destinatário) e a Mensagem 1 (corresponde ao sensor 1). Conforme a zona accionada o microcontrolador vai reunir cada pedaço de forma construir a trama a enviar para cada telemóvel. A trama é construída pelo microcontrolador da seguinte forma: Primeiro o centro de mensagens, de seguida o número de telemóvel a enviar e por fim a mensagem correspondente à zona que foi accionada. Para fazer a conversão para PDU decidimos utilizar um software de alto nível (Visual Basic), assim torna-se mais simples. Para isso desenvolvemos uma pequena aplicação em Visual Basic, que faz a conversão para PDU da Mensagem, número de telefone,centro de Mensagens e envia pela porta série para o microcontrolador. O microcontrolador recebe essa informação, verifica de que se trata e grava no local adequado da eeprom. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 26

27 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 27

28 Depois de enviar as tramas pela porta série a memória eeprom contém toda a informação necessária para o serviço SMS funcionar. Na figura seguinte temos uma imagem do hyperterminal com o conteúdo da memória eeprom do microcontrolador depois de ter carregado a informação com a aplicação em Visual Basic. Endereços da EEPROM: Password : 0000h até 0003h (4 posições). Centro de mensagens : 0004h h Telemóvel 1: 0019h 002Bh Telemóvel 2: 002Ch 003Eh Telemóvel 3: 003Fh 0051h Telemóvel 4: 0052h h Mensagem 1 : 0065h 00DCh Mensagem 2 : 00DDh 0154h Mensagem 3 : 0155h - 01CCh Mensagem 4 : 01CDh 0244h Mensagem 5 : 0245h 02BCh Mensagem 6 : 02BDh 0334h Mensagem 7 : 0335h - 03ACh Mensagem 8 : 03ADh 0424h SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 28

29 As tramas a serem enviadas pelo Visual Basic serão: Centro de mensagens: C : > Número de telemóvel: Número do centro de mensagens em PDU Indica inicio da trama e fornece a indicação que é centro de mensagens Vai identificar o fim quando o microcontrolador for ler à eeprom T1 : > Indica ao microcontrolador o fim da trama Mensagem: Número de Telemóvel em PDU Indica inicio da trama e fornece a indicação que é um número de telemóvel (T), neste caso o número de telemóvel 1 Vai identificar o fim quando o microcontrolador for ler à eeprom M 1 : > Indica ao microcontrolador o fim da trama Mensagem em PDU Indica inicio da trama e fornece a indicação que é uma mensagem (M), neste caso a mensagem 1 Vai identificar o fim quando o microcontrolador for ler à eeprom Indica ao microcontrolador o fim da trama SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 29

30 Calculo de dissipadores Para o regulador 7805: Pd = (Tj Tamb) / R th (ja) Tj = Pd R th (ja) Tamb Tj = = 410ºC Pd = (Vin Vout) Iout Pd = (8 5 ) 1 = 3W Dados: T amb 40ºC Temperatura ambiente máxima Pd 3W Potência máxima dissipada pelo dispositivo Tj 150ºC Temperatura máxima da junção do semicondutor R th (ja) 50 ºC/W Resistência térmica entre a união do semicondutor e o ambiente R th (jc) 5 ºC/W Resistência térmica entre a união do semicondutor e o encapsulamento R th (ch) 10.4 ºC/W Resistência térmica entre o encapsulamento e o dissipador R th (ha) =? É necessário um dissipador com uma resistência térmica menor que 21.3 C/Watt Para o BD536: Pd = Vce Iout Pd = = 4.95W Pd = (Tj Tamb) / R th (ja) Tj = Pd R th (ja) Tamb Tj = = 170ºC 170º C > 150ºC, logo é necessário dissipador. T amb 40ºC Temperatura ambiente máxima Pd 4.95 W Potência máxima dissipada pelo dispositivo Tj 150ºC Temperatura máxima da junção do semicondutor R th (ja) 70 ºC/W Resistência térmica entre a união do semicondutor e o ambiente R th (jc) 2.5 ºC/W Resistência térmica entre a união do semicondutor e o encapsulamento R th (ch) 10.4ºC/W Resistência térmica entre o encapsulamento e o dissipador R th (ha) =? SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 30

31 É necessário um dissipador com uma resistência térmica menor que 9.3 C/Watt Concepção das placas de circuito impresso ( Método fotográfico) As placas de circuito impresso (PCB - Printed Circuit Board) do nosso sistema de alarme foram feitas por nós através de processos manuais. Desenho do layout da placa O layout do circuito foi desenhado utilizando um software para desenho de circuitos electrónicos. No nosso caso o sotfware utilizado foi o Eagle Depois é impresso em acetato. Sensibilização do cobre da placa Para transferir a imagem contida no acetato para o cobre da placa, é necessário que esta tenha sido pulverizada com um verniz fotosensível (Positiv 20). Note que também existem sprays negativos e nesse caso a imagem da transparência tem de ser invertida. De qualquer forma, é um trabalho que tem de ser feito num local mal iluminado, como é lógico. Exposição e revelação Depois de ter a placa de cobre sensibilizada, chegou a altura de transferir a imagem do acetato para o cobre. Esse trabalho pode ser feito, utilizando uma lâmpada que gere radiação ultravioleta, como acontece com as lâmpadas de vapor de mercúrio. Estas lâmpadas são muito usadas pelas pessoas para se bronzearem e existem no comércio em várias potências. No nosso caso usamos um projector de luz com lâmpada de halogéneo de 1000w com reflector. O tempo de exposição da placa depende da potência da lâmpada utilizada, da distância desta à placa e ainda da espessura do material fotosensível depositado na placa. Depois da exposição à radiação UV, seguese a revelação para retirar o verniz que foi destruído pela radiação UV no caso de uma sensibilização positiva, ou para retirar o verniz onde não incidiu radiação UV, no caso de sensibilização negativa. Embora existam no mercado produtos reveladores, a solução mais barata é utilizar um banho de hidróxido de sódio (Na OH), ou soda cáustica como também é vulgarmente chamada. As placas podem ser reveladas com a solução um pouco quente, ou à temperatura ambiente e este trabalho deve ser feito numa zona onde não incida luz directa (do Sol ou artificial), porque a camada sensibilizada ainda continua a ser sensível à radiação UV. Depois de ter introduzido a placa no banho de soda cáustica, vá agitando lentamente o recipiente de plástico que contém o banho e passado algum tempo verá começar a aparecer o desenho do circuito. O tempo de revelação é variável, dependendo da espessura da camada de verniz e do tempo de exposição à luz UV, mas se for superior a 2 minutos é sinal de SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 31

32 que a exposição não foi suficiente. O banho fica colorido de verde-azulado, mas pode ser guardado num frasco hermético para ser novamente utilizado no futuro. Fig. Placa no banho de soda caustica Fig. Placa depois do banho de soda caustica SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 32

33 Destruição do cobre É utilizado um banho formado por 500 gramas de percloreto de ferro diluído num litro de água e ligeiramente aquecido (45 C) para actuar mais rapidamente. Este banho vai destruir a superfície de cobre que está a mais, deixando apenas as pistas onde está depositada a camada de verniz fotosensível, a qual é resistente ao ataque químico. É necessário observar cuidadosamente o processo, porque se a placa estiver demasiado tempo no banho, as próprias pistas de cobre começam a ser corroídas lateralmente e se forem muito estreitas poderão ficar interrompidas. Quando a placa é colocada no banho, as áreas de cobre onde a revelação retirou o verniz protector ficam imediatamente avermelhadas e o ataque inicia-se libertando pequenas bolhas de gases. A placa deve ser ligeiramente movimentada durante todo o processo, para acelerar a destruição do cobre. Depois do ataque do cobre estar terminado, lava-se muito bem a placa em água corrente. Chegou agora a altura de retirar a camada de verniz fotosensível que se encontra por cima das pistas. Esse trabalho pode ser feito com acetona ou diluente de tintas. Outra solução que dá bons resultados é retirar o verniz com palha de aço fina, como a que é utilizada nas cozinhas para limpar as panelas. Depois de ter feito os furos para os terminais dos componentes e para evitar que o cobre oxide em contacto com o ar, convém pulverizar a placa com um verniz protector apropriado, dos que se vendem nas casas de electrónica. Este tipo de spray, além de fornecer protecção antioxidante, até facilita as operações de soldadura dos componentes. Fig. Placa no banho de percloreto de ferro SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 33

34 Fig. X - PCB do Kit T89C51RD2 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 34

35 CAPÍTULO 4 Conclusão Em jeito de conclusão podemos dizer que apesar de todas as adversidades encontradas e enfrentadas ao longo do projecto, foi sem dúvida alguma, uma experiência enriquecedora em todos os aspectos. Deu-nos uma noção da realidade prática do curso e de tudo que nos foi leccionado ao longo destes 5 anos. O objectivo foi atingido apesar dos problemas que foram surgindo. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 35

36 A N E X O S SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 36

37 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 37

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39 - INTERRUPÇÕES NA FAMÍLIA 8051 Interrupção é um evento externo ou interno que obriga o microprocessador a suspender suas actividades temporariamente, para atender a este evento que o interrompeu. Em resumo, é uma ocorrência que faz o microcontrolador parar a sua rotina e se desviar para outro ponto do software, em que se localiza o serviço de interrupção que foi gerado pela ocorrência. É importantíssimo na estratégia de programação do microcontrolador. ( É como uma sub-rotina na programação tradicional mas só que disparada por evento externo.) Após o serviço de interrupção estar completo, o microprocessador desvia-se novamente e exactamente para onde estava antes de ter sido interrompido. A diferença entre uma interrupção e uma instrução LCALL é que esta última instrução é programada no software para acontecer num momento exacto e especifico, enquanto a interrupção, não se sabe quando ocorrerá, pois é um evento externo que vai accioná-la. No fim do serviço de interrupção, tem uma instrução chamada RETI ( Return Interruption) que faz o software voltar para a posição anterior à interrupção. Existem 5 fontes de interrupções com seus endereços definidos INT0, INT1, TIMER 0, TIMER 1 e SERIAL. Interrupção externa INT0: É um pino físico de interrupção (P3.2) que tem que ser habilitado (e também determinada sua prioridade de actuação) via software. Interrupção externa INT1: É outro pino físico de interrupção semelhante ao INT0. OBS.: As interrupções INT0 e INT1 são pinos do Port P3, exactamente os pinos P3.2 e P3.3, endereços B2h e B3h, respectivamente, que, se utilizados para tal, diminuem o tamanho do Port P3 para outras aplicações. Interrupção interna gerada pelo TIMER/COUNTER 0: É uma acção de interrupção interna gerada pelo TIMER_0, que é um periférico interno ao microprocessador. Interrupção interna gerada pelo TIMER/COUNTER 1: É uma acção de interrupção interna gerada pelo TIMER_1, que é o segundo periférico interno ao microprocessador. Interrupção pela Serial: É uma acção de interrupção interna gerada pelo periférico SERIAL. Fonte de interrupção Nível de prioridade natural Endereço de atendimento Tipo RESET Externa - RST INT0 Externa Pino 3.2 1º 0003 TIMER0 Interna Periférico 2º 000B INT1 Externa Pino 3.3 3º 0013 TIMER1 Interna Periférico 4º 001B SERIAL Interna Periférico 5º 0023 SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 39

40 INT A TIMER 0 000C 000D 000E 000F INT A TIMER 1 001C 001D 001E 001F SERIAL A RESET Existe um espaço de apenas 8 bytes entre os endereços de interrupção. Caso o código de uma rotina de serviço à interrupção for superior a 8 bytes deve-se colocar uma instrução de salto para uma subrotina no endereço do vector da interrupção. #include 89C51RD2.asm.org 0000h ljmp inicio inicio: rot:.org ljmp mov ; 0003h rot IE,# b ; INT0 ; reti ; retorna da interrupção.end #include 89C51RD2.asm.org 0000h ljmp inicio inicio:.org 0003h Lcall rot reti ; retorna da interrupção mov ; IE,# b ; INT0 Para evitar a sobreposição de código sequencial sobre a área destinada aos vectores de interrupção, uma boa prática consiste em colocar um LJMP 0030h no endereço do RESET. Exemplo: inicio: rot:.org ljmp.org Lcall reti.org mov 0000h 0030h rot: ; ret ; retorna da sub-rotina.end 0003h rot ; retorna da interrupção 0030h IE,# b ; INT0 ret ; retorna da sub-rotina.end SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 40

41 Como programar as interrupções Temos 2 registos de programação das interrupções: - Um registo para seleccionar cada interrupção desejada, que é Interrupt Enable IE (A8h). - Um registo para programar a prioridade das interrupções seleccionadas no IE, que é Interrupt Priority IP (B8h). - Um registo parcial encontrado dentro do byte TCON, endereço 88h, em que se programa o tipo de disparo e se tem os flags IE0 e IE1. Registo Interrupt Enable IE (A8h) EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0 (EX0) para a interrupção externa INT0 (ET0) para a interrupção do periférico Timer/Counter 0 (EX1) - para a interrupção externa INT1 (ET1) - para a interrupção do periférico Timer/Counter 1 (ES) - para a interrupção do periférico SERIAL (EA) Enable All EA = 1 Concede que alguma interrupção seja programada. EA = 0 todas as interrupções são ignoradas. Registo Interrupt Priority IP (B8h) PS PT1 PX1 PT0 PX0 - Inserir Bit = 1 implica colocar no grupo de alta prioridade - Inserir Bit = 0 implica colocar no grupo de baixa prioridade Primeiro atender às interrupções que estão no grupo de alta prioridade respeitando entre elas a prioridade natural. Secundariamente, atender às interrupções que estão no grupo de baixa prioridade, respeitando também entre elas a prioridade natural. Fonte de interrupção Nível de prioridade natural INT0 1º TIMER0 2º INT1 3º TIMER1 4º SERIAL 5º SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 41

42 Registo Timer Control TCON (88h) IE1 IT1 IE0 IT0 IT0 = 0 INT0 Acciona por nível; IT0 =1 INT0 Acciona por borda; IT1 = 0 INT1 Acciona por nível; IT1= 1 INT1 Acciona por borda; Os pinos externos de interrupção podem ser sensíveis a nível ou a borda do sinal que representa o evento externo. Se desejarmos accionar as referidas interrupções (INT0 ou INT1) por nível, opta-se pelo bit IT0 ou IT1, respectivamente, em nível 0. Caso se escolha accionar por borda, opta-se pela programação do bit em 1 respectivamente. Além disso para sabermos se o pino físico disparou realmente a interrupção, tanto por borda quanto por nível, verificam-se os bits IE0 e IE1 respectivamente. Se ele está a 1, implica que foi disparada a interrupção. SISTEMA DE ALARME INTELIGENTE 42