UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO CECAU RICARDO ANTÔNIO SILVA DOS SANTOS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO CECAU RICARDO ANTÔNIO SILVA DOS SANTOS DOMÓTICA VIA DISPOSITIVOS MÓVEIS MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO Ouro Preto, 2010

2 RICARDO ANTÔNIO SILVA DOS SANTOS DOMÓTICA VIA DISPOSITIVO MÓVEIS Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenção do Grau de Engenheiro de Controle e Automação. Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Vieira Magalhães Ouro Preto Escola de Minas UFOP Dez/2010

3 iii S237d Santos, Ricardo Antônio Silva dos. Domótica via dispositivos móveis [manuscrito] /Ricardo Antônio Silva dos Santos f. : il. color., grafs., tabs. Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Vieira Magalhães. Monografia (Graduação) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Colegiado do Curso de Engenharia de Controle e Automação. 1. Controle automático. 2. Habitações - Automação. 3. Modem. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título. CDU: Catalogação:

4 iv

5 v AGRADECIMENTO Aos meus pais José Dídimo e Léa, pelo amor incondicional, carinho, educação, incentivo, por me ensinar a viver com dignidade e sempre estar em do meu lado em todos os momentos da minha vida. Graças a vocês, eu consegui completar mais uma etapa de minha vida. À minha irmã Ana Luiza pelo apoio, incentivo, afeto e companheirismo. Ao meu Irmão Rafael que mesmo não estando presente entre nós, sempre me dá forças para lutar nos momentos mais difíceis. À minha namorada Marisa por estar do meu lado nos melhores momentos da minha vida, pelo apoio, carinho e amor recebidos. À Tia Raquel e Tio João pelo carinho, dedicação e por me acolher em Poços de Caldas, como filho em sua casa. Ao Tio Padre Agostinho pelo exemplo de vida e sua maneira de ser, sempre preocupado e protegendo sua família. À Vó Teca, Tia Dadá e Tia Íris pelo carinho, afeto, orações e total dedicação comigo. Tios, Tias, Primos e Primas de Ouro Preto, Curitiba, Cerro Azul, Mato Preto, Pojuca, Londrina e Nova Lima pelos churrascos, almoços e momentos divertidos. Ao meu amigo Fabiano Tomás por ajudar nos momentos tensos do curso. Ao grande irmão João Paulo Taddei de Poços de Caldas. Aos amigos de Ouro Preto, Poços de Caldas e Resende pela amizade e festas. Aos professores do Departamento de Engenharia de Controle e Automação pela dedicação ao nosso aprendizado.

6 vi RESUMO Dentro do contexto da automação residencial, a comunicação de dados entre dispositivos é um dos fatores mais importante na área de aquisição de dados. Baseando-se na comunicação sem fio, houve a necessidade de se desenvolver um sistema de monitoração e controle que se comunique com um telefone celular através de mensagens de texto curtas, denominado SMS. Essas mensagens contêm informações onde o usuário possa supervisionar e controlar dispositivos, como luzes, sensores, motores, ar-condicionado, entre outros, de uma residência. Para realizar a comunicação com o telefone celular foi utilizado o modem GSM/GPRS da SIMCOM. Todo o processamento necessário é realizado por um microcontrolador PIC16F877A que faz a interface entre os dispositivos e o modem. O software do sistema foi implementado no compilador CCS e simulado no Proteus 7.6. O resultado obtido dos testes e simulações é totalmente satisfatório e mostra que o sistema pode servir como base para aplicações em diversas áreas. Palavras chave: Automação Residencial, Comunicação Sem Fio, Modem GSM/GPRS, SMS, Telefonia Celular.

7 vii ABSTRACT Within the context of home automation, data communication between devices is one of the most important area of data acquisition. Relying on wireless communication, there was a need to develop a monitoring and control system that communicates with a mobile phone through short text messages, called SMS. These messages contain information where the user can monitor and control devices, such as lights, sensors, motors, air conditioners, among others, of a residence. To accomplish communication with the mobile phone was used modem GSM / GPRS SIMCOM. All necessary processing is performed by a PIC16F877A microcontroller that interfaces between devices and modem. The system software was implemented in the CCS compiler and simulated in Proteus 7.6. The result of tests and simulations is quite satisfactory and shows that the system can serve as bases for applications in several areas. Keywords: Home automation, Wireless Communications, Modem GSM / GPRS, SMS, Mobile Phones.

8 viii AMPS - Advanced Mobile Phone Service LISTA DE ABREVIAÇÕES BSSGP - Base Station System GPRS Protocol BSS - Base Station Subsystem BSPK - Binary Phase Shift Keying CDMA - Code Division Multiple Access EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution EI Edifícios Inteligentes FDMA - Frequency Division Mutiple Access FFD - Full function Device GGSN - Gateway GPRS Support Node GPRS General Packet Radio Services GMSC - Gate Mobile Services Switching Center GMSK - Gaussian Minimun Shift Keying GSM Global System for Mobile IRDA - Infrared Data Association ISDN - Integrated Service Digital Network LLC - Logical Link Control LR - Location Register MSC - Mobile Services Switching Center QPSK - Offset Quadrature Phase Shift Keying

9 ix RLC - Radio Link Control RFD - Reduce Function Device SGSN - Serving GPRS Support Node SMSC - Short Message Service Center SMS Short Message Service TDMA - Time Division Multiple Access USB - Universal Serial Bus UWB Ultra Wide Band WPAN - Wireless Personal Area Network 3GPP - 3rd Generation Partnership Project

10 x LISTA DE FIGURA Figura 2 Sistemas e serviços realizados nos Edifícios Inteligentes. Figura 2.1 Conceito de integrador. Figura 2.2 Exemplo de um sistema domótico. Figura 2.3 Rede doméstica. Figura 2.4 Bluetooth: conexão entre dispositivos. Figura 2.5 Piconet: comunicação entre mestre e escravos. Figura 2.6 ZigBee. Figura 2.7 Topologias do ZigBee. Figura 2.8 Representação gráfica da taxa de transferência x alcance. Figura 2.9 Arquitetura básica do AMPS e TDMA. Figura 2.10 Forma de transmissão no sistema CDMA. Figura 3 Arquitetura do sistema GSM. Figura 3.1 Arquitetura básica do sistema GPRS. Figura 3.2 Principais elementos internos de uma rede GPRS. Figura 3.3 Pilha de protocolo GPRS. Figura 3.4 Funcionamento do serviço. Figura 3.5 Plano de transmissão. Figura 4 Módulo SIM340. Figura 4.1 1: Modem GSM/GPRS. 2: Antena GSM. Figura 4.2 Vista frontal e posterior do modem.

11 xi Figura 4.3 Diagrama funcional do modem. Figura 4.4 Estrutura de uma linha de comando AT. Figura 4.5 Resposta para uma linha de comando. Figura 4.6 Interface do modem SIM340 com o chip GSM. Figura 5 Diagrama de blocos de funcionamento. Figura 5.1 Fluxograma do funcionamento do microcontrolador e modem. Figura 5.2 Um exemplo de fluxograma do sistema implementado. Figura 5.3 Descrição da conexão no HP. Figura 5.4 Tela conectar-se usando a porta COM12. Figura 5.5 Configuração da porta COM. Figura 5.6 Imagem da janela principal. Figura 5.7 Comandos para enviar um SMS. Figura 5.8 Comandos para receber um SMS. Figura 5.9 Acopladores ópticos. Figura 5.10 Led s de saída. Figura 6 Resultado do envio de SMS. Figura 6.1 Resultado do SMS recebido pelo o modem. Figura 6.2 Configuração do PIC e modem com a porta serial. Figura 6.3 Processo de configuração e envio de SMS pelo modem. Figura 6.4 SMS enviada pelo modem. Figura 6.5 Informações lidas pelo PIC e modem. Figura A.1 Diagrama elétrico do sistema.

12 xii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Justificativa Objetivos Objetivo Geral Objetivos Específicos Estrutura do Trabalho Metodologia AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL OU DOMÓTICA Contexto Histórico Aplicações da Domótica Sistemas de Automação Residencial Funções Domóticas Função Gestão Função Controle Função de Comunicação Estudo da Tecnologia Rede Privada de Comunicação de Dados Bluetooth ZigBee Wi-fi e Wimax Comparação entre as Tecnologias Outras Tecnologias Rede Pública de Comunicação Celular Sistema AMPS e TDMA Frequência de Operação Canalização Capacidade Sistema CDMA Sistema 3G Sistema GSM... 48

13 xiii 3. SISTEMA PROPOSTO PARA MONITORAMENTO DE DADOS VIA TELEFONE CELULAR Sistema GSM Arquitetura do Sistema GSM Canalização, Capacidade e Modulação Tecnologia GSM/GPRS Arquitetura do Sistema GPRS Forma de Transmissão de Dados Terminais GPRS (Conexão) e Classes de Terminais Interface de Referência e APN (Access Point Name) SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE DADOS MÓDULO GSM/GPRS Módulo GSM/GPRS SIM Modo de Operação Comandos AT Controle Liga/Desliga Ligar SIM340 (Turn on) Desligar o SIM340 (Turn off) Interface SIM (Subscriber Indentification Module) Aplicabilidade da Tecnologia DESCRIÇÃO DO SISTEMA DESENVOLVIDO Descrição do Projeto Comunicação entre os Dispositivos Configuração e Programação do PIC e Modem Software de Controle Enviar SMS a partir de um Computador Receber SMS a partir de um Computador Implementação do Sistema Dificuldades Encontradas RESULTADOS E DISCUSSÕES Teste e Validação via HyperTerminal... 89

14 6.2 Teste e Validação utilizando PIC xiv 7. CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

15 1. INTRODUÇÃO Atualmente, com a evolução da tecnologia, a automação está bastante distribuída nos ramos industriais realizando o controle e a supervisão dos equipamentos. Na área predial, a aplicação da automação tem proporcionado um aumento dos benefícios nas áreas de gerenciamento técnico, conforto ambiental, economia, prevenção de acidentes e segurança aos usuários. Esses benefícios, segundo Dias (2004), contribuem para o aumento da produção, reduzindo os custos operacionais, impactando nos resultados financeiros, razão pela qual a tecnologia da automação tem sido incorporada, com mais facilidade, às edificações industriais e comerciais que às habitacionais. Gradativamente, a automação vem se tornando comum nas instalações residenciais, visando o conforto, entretenimento, economia e segurança, resultando no que pode ser chamado de domótica. Os sistemas domóticos permitem a gestão de todos os recursos habitacionais, através da utilização de computadores, controle remoto, aparelhos celulares, e outros dispositivos fixos e móveis capazes de realizar tarefas complexas e interagir com o usuário e com o meio físico. Em outras palavras, remotamente, permitem ligar/desligar uma televisão, abrir/fechar uma persiana, aumentar/diminuir a temperatura de um ar-condicionado, entre outros. Com o avanço tecnológico e das telecomunicações, principalmente com o desenvolvimento da comunicação sem fio, os dispositivos móveis vem ganhando espaço considerável no mercado de transmissão de dados, tanto na comunicação de longa distância como, principalmente, nos ambientes locais. Nos ambientes residenciais, muitas soluções estão sendo pesquisadas e desenvolvidas com o objetivo de possibilitar a comunicação entre dispositivos sem o uso de fio, tornando mais flexível e prático o uso de tais equipamentos. A evolução dessas tecnologias está possibilitando realizar a comunicação de dados de várias

16 14 formas e em diversos padrões. Porém, a premissa principal na maioria das tecnologias existentes era prover um conjunto de protocolos que garantissem a qualidade para a transmissão de vídeo, voz ou de dados com altas taxas de transferências, o que tornava os equipamentos bastante caros e pouco atraentes para aplicações mais simples. No mercado de automação atual, existem poucos padrões abertos de redes sem fio para redes locais, utilizando sensores e outros dispositivos de controle. O que existe em grande número são sistemas proprietários, desenvolvidos para atender redes específicas, como as redes de automação industrial. Neste caso, os sistemas wireless foram projetados para atender às exigências específicas desta aplicação. É neste contexto, que o autor pretende desenvolver um projeto, referente à automação residencial (domótica), que seja capaz de monitorar e controlar os equipamentos de uma residência, através de dispositivos móveis e/ou via web. 1.1 Justificativa Uma casa inteligente contém um sistema capaz de gerenciar todo o tráfego de informações, bem como o controle de equipamentos, permitindo um conforto maior com o menor gasto possível de energia. Os sistemas de segurança, os sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado, e entretenimento tendem a beneficiar as novas construções, mas os projetos de reforma também podem ser contemplados com esta nova tecnologia. Com isso, a centralização dos sistemas de controle tendem a diminuir o tempo gasto com o projeto e a facilitar a manutenção. Permitem também a busca de possíveis erros, de forma rápida, assim como o disparo das ações necessárias para solucioná-los. Com a aplicação certa das técnicas, pode-se conseguir atingir altos níveis de conforto e segurança a custos relativamente baixos.

17 15 Em vários países, como os Estados Unidos, Canadá, Japão e quase todo continente europeu já se pode experimentar as facilidades e o conforto que os sistemas automatizados oferecem. Os projetos residenciais já são concebidos visando à construção de edifícios inteligentes. No Brasil, a automação residencial está crescendo aos poucos, pois num passado recente, em torno de uns três anos atrás, achava-se que era desperdício de dinheiro o investimento nesta área, e muitos profissionais relacionados à construção civil e à telecomunicação não conheciam os benefícios oferecidos pela automação residencial. O desenvolvimento da automação no Brasil e no mundo aliado à necessidade de projetos sustentáveis, capazes de gerar economia de energia e ambientalmente viáveis, trouxe uma nova realidade para o cenário nacional. As empresas prestadoras de serviços básicos como água, energia, etc., estão se organizando para se beneficiarem destas tecnologias. A possibilidade de se ter um maior controle dos gastos residenciais de água e luz, contribuem no cenário mundial para a redução de desperdícios e utilização consciente destes meios naturais. O desenvolvimento de um sistema de automação residencial de baixo custo vem suprir esta lacuna e permitirá que usuários comuns apropriem desta tecnologia não proprietária, que poderá ser disponibilizada para o uso comum. 1.2 Objetivos Objetivo Geral Este trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de automação residencial capaz de realizar o monitoramento e controlar alguns dispositivos de uma residência através de dispositivos móveis e/ou via web Objetivos Específicos

18 Para construir o referido projeto, teve como objetivo específico, as seguintes etapas: 16 Fazer a revisão bibliográfica sobre a comunicação sem fio e a sua aplicabilidade na domótica; Analisar, no mercado, a disponibilidade de materiais necessários para a montagem do protótipo; Mostrar a importância sobre os projetos de automação residencial e suas vantagens; Desenvolver a especificação executável, que controlará todo sistema de automação residencial; Desenvolver o software composto pelo sistema de controle, atuadores e sensores do dispositivo de automação; Adaptar o projeto para executar a comunicação sem fio através de um módulo GSM; Realizar simulações e coletar dados do sistema desenvolvido, analisando suas limitações e desempenho. 1.3 Estruturas do Trabalho No capítulo 1 é feita uma breve introdução sobre a automação no status residencial, explicitando a origem do trabalho e os objetivos almejados.

19 17 No capítulo 2, faz-se uma abordagem sobre a automação residencial ou domótica e suas aplicações. Definem-se as tecnologias disponíveis, referente à comunicação sem fio, e é apresentada uma análise comparativa destas tecnologias. O capítulo 3 apresenta o sistema proposto para o monitoramento de dados via telefone celular. O capítulo 4 é referente ao módulo de comunicação, e apresentar a arquitetura proposta pelo projeto. No capítulo 5 faz-se uma descrição do projeto desenvolvido, apresentam-se os a comentários sobre o projeto e as dificuldades encontradas. O capítulo 6 traz os resultados obtidos através de simulações e testes realizados no projeto. E para finalizar, no capítulo 7 é apresentada a conclusão do trabalho e sugestões para possíveis projetos futuros. 1.4 Metodologia Para que o trabalho seja efetuado serão realizadas várias etapas de desenvolvimento, tais como: Levantamento bibliográfico, que é feito através de pesquisas em livros, artigos, publicações, internet, entre outros referentes ao projeto proposto. A seleção dos materiais, tanto o bibliográfico como de equipamentos utilizados para a realização do trabalho.

20 Comparação dos modelos de comunicação sem fio existentes no mercado e suas utilizações. 18 Levantamento sobre as principais tecnologias utilizadas pelo telefone celular. Desenvolvimento do software e das especificações executáveis. Integração do sistema de automação e os módulos de comunicação. Realização de testes e correção de erros. Análise e apresentação dos resultados.

21 19 2. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL OU DOMÓTICA 2.1. Contexto Histórico: Desde os primórdios, a humanidade através do seu instinto natural de proteção, teve, por obrigação, procurar um abrigo para se proteger de diversas circunstâncias. O homem começou a habitar inicialmente em cavernas, depois em cabanas e posteriormente, com os avanços da civilização, em residências. À medida que as residências foram evoluindo, surgiram também as necessidades de controlar os seus espaços de modo a oferecer conforto, privacidade, praticidade, segurança, etc. Sendo assim, surgiram as portas e as janelas que serviam para controlar o fluxo de ar. Para controlar a luminosidade no interior da casa, bem como por questões de privacidade, surgiram às cortinas e persianas. Mas com o passar dos tempos, com o surgimento da eletricidade, criaram-se os interruptores para controlar o funcionamento de alguns dispositivos elétricos, como lâmpadas, motores, bombas, etc. Mas todos estes controles têm uma particularidade em comum a necessidade da ação humana direta. Com a evolução tecnológica, foi possível controlar alguns equipamentos através do uso de elementos básicos como relés ou termostatos, e estes eram designados a uma automação local, uma vez que, estes componentes apenas reagiam a certos estímulos locais, mas não passavam informações. E com a evolução da computação, da eletrônica, dos microcontroladores e microprocessadores, e dos sistemas embutidos, a automação converge para sistemas centralizados, em que a informação é processada para uma central. A automatização é o processo onde se utiliza dispositivos automáticos, eletrônicos e inteligentes para dar-se a automação dos processos em questão. E foi com o intuito de automatizar e controlar estes processos, tais como, sistema para detecção de incêndio, controle de iluminação e climatização, entre outros, que surgiram os Edifícios Inteligentes (Eis). Os EIs foram criados com o objetivo principal de reduzir custos energéticos, assim como de utilização e manutenção dos edifícios.

22 20 Com o avanço tecnológico, o termo edifício inteligente passou a ser usado em novas aplicações para edificações comerciais ou residenciais, ou seja, o comércio passou a empregar os sistemas automatizados utilizando softwares de gerenciamento, supervisão e transmissão de dados e telefonia, assim mantendo, por exemplo, lojas de departamento ou redes de supermercados totalmente integrados, incluindo sua logística, vendas, entre outros, além de beneficiar-se das tecnologias utilizadas nos EIs, tais como, a redução de custos energéticos, controle de acesso e sistema de climatização e iluminação. Figura 2 Sistemas e serviços realizados nos Edifícios Inteligentes. Fonte: sunsoluciones.com/inm_tica.html. Acessado em: 24 ago A automação residencial surgiu como um ramo dos Edifícios Inteligentes, mas com aplicação nas casas, apartamento e escritórios. Mas o termo automação residencial pode ser denominado por outros termos, tais como, Automação Doméstica, casa inteligente, casa automática ou pelo mais conhecido, que é a Domótica.

23 21 A palavra domótica vem da junção da palavra latina Domus, que tem o significado de casa, e da palavra robótica. Este termo foi adotado principalmente na Europa para definir o campo de aplicação tecnológica que visava à integração das engenharias civil, computação, eletrônica e das telecomunicações. Já nos Estados Unidos e Japão adotou-se a expressão intelligent building. Segundo Bolzani (2004), a domótica pode ser definida como um conjunto de tecnologias que ajudam na gestão e execução de tarefas domésticas cotidianas. A sua utilização tem por objetivo fornecer um maior conforto, comodidade, segurança, além de proporcionar menor e mais racional consumo energético. Esta definição pode ser a mais apropriada, pois a idéia base é automatizar tarefas do cotidiano e a capacidade de interagir com a casa remotamente, assim proporcionando maior conforto e bem-estar entre os usuários. 2.2 Aplicações da Domótica As primeiras aplicações da domótica utilizavam sensores e atuadores, que numa arquitetura centralizada eram ligados a um controlador onde concentrava a inteligência necessária. Na maioria das vezes, os sistemas utilizados eram proprietários, poucos flexíveis, e principalmente caros. Graças à internet, juntamente com a evolução das redes domésticas, e por conseqüência, da automação residencial, permitiu-se a integração e a comunicação entre os dispositivos, que geralmente são independentes e isolados em suas funções, capazes de controlá-los através de um gerenciador central. De acordo com Bolzani (2004), o integrador (FIG.2.1) de sistemas residenciais é o responsável pela harmonia e interoperabilidade de todo o conjunto. Assim, tornando a vida mais confortável e segura, pois permite que as tarefas incômodas e rotineiras sejam realizadas automaticamente.

24 22 Figura 2.1 Conceito de integrador. Fonte: Bolzani (2004). Como a automação residencial está em expansão, novas idéias e técnicas de aperfeiçoamento são criadas. Assim, podem-se citar alguns dos principais sistemas de automação que estão em destaque no mundo em geral: 1. Segurança: instalando sensores em pontos estratégicos permitindo acionar um sistema de alarme perante a presença de intrusos, vazamento de gás, incêndios, entre outros; efetuar o controle de acesso de forma, a monitorar o tráfego de pessoas na residência ou mediações. 2. Iluminação: com a utilização de dispositivos apropriados, podem-se controlar as luzes, diminuindo assim os gastos de eletricidade, através de regulação de intensidade. 3. Climatização: fazendo a programação dos equipamentos de aquecimento, ventilação ou ar condicionado, pode-se promover o controle de temperatura do ambiente, de acordo com os horários, presença de pessoas e da temperatura exterior, gerando conforto e comodidade, além de economizar com os gastos energéticos.

25 23 4. Sistemas inteligentes: comandos únicos que atuam sobre diversos equipamentos. Por exemplo, cortar o funcionamento de água e gás, acionar cortinas e portas, ativar/desativar um sistema de irrigação durante os períodos pré-definidos pelos usuários, entre outros serviços inteligentes; estes sistemas podem ser muito úteis para o usuário em períodos de férias. 5. Comunicação e entretenimento: através da comunicação (internet) é possível fazer o entretenimento entre os dispositivos de uma residência. Por exemplo, home theater, áudio e vídeo distribuídos, TV por assinatura, etc. Além das funcionalidades descritas acima, pode-se ainda criar qualquer tipo de funcionalidades, conforme os requisitos pretendidos pelo usuário. A grande vantagem deste tipo de solução é que toda a gestão da residência em si está centralizada numa unidade, que faz o gerenciamento de todos os dispositivos conforme o perfil utilizado pelo usuário. 2.3 Sistemas de Automação Residencial O sistema domótico é composto de uma rede de comunicação que faz a integração de diversos dispositivos, equipamentos e outros sistemas, capaz de obter informações sobre o ambiente residencial e o meio que ele insere, realizando ações a fim de monitorar e gerenciar. A domótica em si, abre novas possibilidades em relação à automatização da casa, como também se constitui um meio no qual o usuário possa gerenciar seu espaço cotidiano. Para isso é necessário que sejam consideradas as características básicas da domótica, tais com:

26 Comunicação entre os diferentes equipamentos e sistemas, tanto no interior como no exterior do ambiente. 24 Comunicação do sistema com o usuário através de interfaces simples e de fácil entendimento. O controle da programação das funções. Estes sistemas quando bem empregados e conectados as redes externas de telefonia, TV, internet e energia possibilitam aplicações anteriormente citadas, tais como: segurança, iluminação, serviços inteligentes, comunicação e entretenimento. Alguns dispositivos como atuadores, detectores, sensores, etc., trocam informações entre eles ou com as unidades centrais, onde essas centrais são capazes de processar os dados recebidos e enviar sinais para executar os acionamentos ou ajustes aos equipamentos, assim podendo gerar sinalizações ou avisos, ou até mesmo, em alguns casos, receber respostas de confirmação da operação. A seguir, apresenta-se na Figura 2.2 um exemplo de casa automatizada, em que vários pontos marcados têm seu respectivo significado:

27 25 Figura 2.2 Exemplo de um sistema domótico. Fonte: Medeiros. 1) Sistema de irrigação (horários programados e sensores de umidade). 2) Cabeamento estruturado (dados, voz e imagem). 3) Sistema de circuito fechado de TV. 4) Sistema de controle de acesso (biometria, cartões de proximidade, tags para veículos). 5) Sistema de controle de iluminação. 6) Sistema de controle de utilidades (caixas de água, bombas, filtros, piscinas, saunas). 7) Sistema de controle de elevadores.

28 26 8) Sistema de controle de medições (gás, água e eletricidades). 9) Sistema de controle de climatização. 10) Sistema de entretenimento (imagens, TV a cabo, som ambiente). 11) Sistema de redes de dados. 12) Sistema de detecção e alarme de incêndio). 13) Sistema de segurança. Detalhamento das letras e seus significados: A) Iluminação: Controle integrado e remoto de toda a iluminação da casa, permitindo a criação de estados pré-definidos das lâmpadas (dimerizadas) para ocasiões específicas (jantar, filme, festa, etc.), chamadas de cenas. Utilização de sensores para o acionamento automático, integrados a acionamentos de persianas e outras funções do ambiente. B) Controle de home theater: Integração de todos os comandos de áudio e vídeo (DVD, TV, Ipod, etc.), simplificando e tornando prático o uso do home theater. Isso permite que o usuário ligue/desligue todos os equipamentos necessários para assistir ao que quiser com apenas um toque.

29 27 É possível também fazer a integração de outros comandos, como arcondicionado, iluminação ou persianas, que, em conjunto criam condições favoráveis para uma seção de home theater. C) Controle de som ambiente: Automação de zonas de som ambiente, em diferentes regiões e cômodos da casa, que reproduzem todas as fontes de áudio existentes na casa. Controle de caixas de som, que podem ser especificadas e posicionadas de acordo com o tamanho e características de cada ambiente. D) Controle de climatização: Comandos de climatização (ar-condicionado e aquecedor) integrados ao sistema de controle, de acordo com o tamanho do ambiente. E) Controle da área de lazer: Visualização da área de lazer e da piscina por meio de câmeras. Ativação do aquecedor, bomba ou do filtro da piscina, que pode ser feito através de um controle sem fio programado por horário. F) Segurança: Sistema de segurança e alarmes também integrados ao sistema de controle, incluindo câmeras de segurança monitoradas remotamente, sensores de presença, alarmes, acionamentos de portas/portões e ativação de função da casa por meio da internet ou pelo celular.

30 28 G) Conforto: Controle de persianas e cortinas com acionamento remoto da abertura e fechamento, com definições de posições pré-definidas para iluminação natural da casa. Sistema de irrigação com acionamento remoto. As funções domóticas nos permitem satisfazer a um número considerável das necessidades descritas acima. Assim, definem-se então, três classes de funções segundo o tipo de serviço: função de gestão, função de controle e função de comunicação Funções Domóticas Função de Gestão O objetivo da função de gestão é automatizar um certo número de ações sistemáticas. As automatizações da função realizam-se a uma programação, um controle de consumos e manutenções. As ações sistemáticas correlacionam principalmente com o conforto: Gestão da iluminação; Gestão da qualidade do ar (aquecimento, ar-condicionado, ventilação); Gestão da funcionalidade dos espaços.

31 Função Controle A função de controle tem áreas em comum com a função gestão. Esta função tem por objetivo atuar sobre dispositivos de instalação, com a finalidade de que as tarefas programadas sejam respeitadas, e oferece ao usuário informações sobre o estado de funcionamento dos dispositivos e das instalações que os integram. As funções de controle estão associadas com um algoritmo que conduzirão às funções de comando. Controle técnico; Segurança (teletransmissão); Assistência (saúde) Função de Comunicação As funções de telecomandos e de programação se aliam a interatividade. A interatividade designa uma característica da comunicação que é a mesma condição da domótica, ou seja, trata-se de promover sistemas que podem se comunicar entre si por intermédio de redes auxiliares. Comunicação controle; Comunicação espaçamento; Comunicação serviços. 2.4 Estudos da Tecnologia (Comunicação Sem Fio)

32 30 Hoje em dia, muitas pessoas que não são usuários de computadores fazem, constantemente, o uso de meios de comunicação sem fio, seja por meio de um controle remoto de televisão, por um controle de um portão automático, pelo uso de celular, telefone sem fio, ou até mesmo a rede wireless de computador. É importante ressaltar, que para todos os dispositivos, há um padrão de comunicação diferente, representando a comunicação unidirecional ou bidirecional entre dois elementos. Os computadores, por exemplo, também necessitam utilizar um mesmo protocolo para que eles possam se comunicar. Mas para iniciar uma comunicação entre dois ou mais computadores, não basta usar o mesmo protocolo. Inicialmente, é preciso observar como será feita essa comunicação, cabeado ou wireless sem fio, e configurar os equipamentos necessários. Assim, dando a origem uma rede de computadores. A rede de computadores tem por objetivo proporcionar a comunicação entre computadores localizados em um mesmo lugar ou em locais diferentes, os quais podem ser localizados em diferentes estabelecimentos em uma mesma cidade, estados ou até mesmo em países. Baseado neste contexto nota-se que não é possível estabelecer uma comunicação cabeada (por fios) em alguns casos. Para fazer a comunicação entre dois equipamentos distantes entre si e com características que impedem a utilização de cabos, é possível adotar umas das seguintes soluções: Conectar ambos os computadores em rede publica (internet) e estabelecer uma comunicação indireta por algum canal seguro; Estabelecer uma comunicação direta sem fio entre os dois equipamentos; ambos os equipamentos devem estar configurados para a comunicação, tornando assim, um dependente do outro.

33 31 Existem várias tecnologias de rede no mercado para estabelecer a conexão de um equipamento ou para comunicar dois equipamentos específicos, os quais podem ser classificados em dois principais grupos: Rede privada de comunicação de dados, também chamada de rede doméstica (Bluetooth, IRDA, wi-fi, ZigBee, UWB, etc.). Rede pública de comunicação celular (GSM-GPRS, EDGE, etc.) Rede Privada de Comunicação de Dados (Rede Doméstica) Um dos elementos principais de todo o sistema domótico é a rede doméstica. Entendese como rede doméstica àquela que promove a interligação entre os equipamentos do usuário, como computadores, dispositivos inteligentes, sensores, atuadores, entre outros, através de cabeamentos ou rede sem fio (wireless). A rede doméstica possibilita o controle de equipamentos, a automação de processos e a distribuição de conteúdo digital, vídeos de alta resolução e som a todos os dispositivos inteligentes. Permitem a troca de informações, acessos a recursos computacionais e disponibilizam a comunicação on-line. Segundo Bolzani (2004), a estrutura básica da rede é hierarquia e baseada em clusters, sendo que uma residência pode-se ter mais de um cluster por andar ou até mesmo um por ambiente. Este termo clusters é o termo em inglês mais usado no meio técnico, que representa a idéia de conjunto de equipamentos interconectados.

34 32 Figura 2.3 Rede doméstica. Fonte: Pedro Pinto (2010). As redes consideradas como sem fio são aquelas que não utilizam o meio físico para comunicação dos dispositivos. Este tipo de tecnologia vem em grande expansão, pois tráz benefícios interessantes como a eliminação de fios, facilidade de instalação e praticidade de uso. Outro fator importante para o crescimento desta tecnologia em ambientes domésticos, é o surgimento de novos protocolos, gerados por investimentos e colaborações de empresas que visam estabelecer um padrão global para a sua utilização. A seguir, será feita uma descrição de algumas tecnologias de comunicação de sem fio Bluetooth

35 33 O nome Bluetooth tem a origem de um conquistador vinking, chamado Harald Bluetooth, que unificou a Dinamarca e a Noruega no século X, simbolizando a união de diferentes grupos de pessoas. O Bluetooth tem por objetivo substituir os cabos que conectam alguns dispositivos. Esta é uma especificação e uma tecnologia que adotam a comunicação de rádio (ondas curtas), sem fio, para distâncias pequenas, para transmitir dados e voz entre equipamentos como celulares, palmtops, computadores, etc. (FIG.2.4). Figura 2.4 Bluetooth: conexão entre dispositivos. Fonte: Tude (2009). Segundo Tude (2009), a proposta do Bluetooth é substituir as várias soluções proprietárias existentes para a conexão destes dispositivos com uma solução padronizada, que possa ser adota mundialmente. Os principais requisitos que nortearam o desenvolvimento do Bluetooth foram:

36 34 Baixo consumo de potencia; Baixo custo; Cobertura pequena; Transmissão de voz e dados. O Bluetooth trabalha em uma faixa de freqüência de operação entre 2.4 GHz a GHz, e adota o espelhamento espectral por salto de freqüência para garantir uma comunicação robusta em uma determinada faixa de freqüência que pode ser compartilhada com outras aplicações, por exemplo, o wi-fi. Apresentam-se vantagens em relação ao infrared, pois tolera vários tipos de equipamentos. Padronizada pelo IEEE como um Wireless Personal Area Network (WPAN), uma rede Bluetooth assemelha-se mais a um barramento para extensão de portas, como, por exemplo, o USB (Universal Serial Bus) encontrado nos PCs. Pode-se comparar o bluetooth ao barramento USB wireless em que um dispositivo mestre se comunica com os seus periféricos. A vantagem do Bluetooth é que qualquer dispositivo pode assumir o papel de mestre e montar a sua rede de periféricos, denominado rede piconet. Na Figura 2.5 observa-se uma rede piconet formada por até oito dispositivos, sendo um mestre e os demais escravos, onde todos os dispositivos estão sincronizados. Em uma piconet, toda comunicação ocorre entre mestre e escravos, não existindo comunicação direta entre os escravos.

37 35 Figura 2.5 Piconet: comunicação entre mestre e escravos. Fonte: Tude (2009). Apresenta-se na Tabela abaixo as características principais dos canais físicos que permitem a transmissão de dados entre dois dispositivos de Bluetooth. Tabela 2 Bluetooth: especificação. Fonte: Tude (2009) Zigbee

38 36 Zigbee é uma tecnologia global desenvolvida pela ZigBee Alliance, que é uma aliança de empresas no ramo da eletrônica, que trabalham em conjunto com o objetivo de desenvolver um protocolo para permitir uma comunicação sem fio confiável, com baixo custo e consumo de energia, presentes em redes de sensores sem fio. O conjunto de especificações contidos no padrão ZigBee tem como a complementação dos serviços do protocolo IEEE que opera em bandas de freqüências livres, com o foco em aplicações de monitoração e controle. Figura 2.6 ZigBee. Fonte: Santana (2008). Com uma vasta área de aplicação, desde o controle industrial à automação residencial, o protocolo ZigBee, possui, então determinadas características que o tornam diferente dos restantes, tais como: Low Power baixo consumo de energia; Possibilidade de suportar uma elevada densidade de nós por rede; Possui diferentes topologias de rede: estrela, malha ou árvore; Possui baixa latência;

39 37 Dois modos de operação da rede: beaconing e non-beaconing; Elevada segurança e confiabilidade; Suporte para duas classes de dispositivos físicos: FFD (Full function Device) que funciona em qualquer que seja a topologia da rede, desempenhando a função de coordenador de rede e, consequentemente, ter acesso a todos os outros dispositivos; RFD (Reduce Function Device) é ilimitado a uma configuração com topologia estrela, não podendo atuar como coordenador da rede. Pode apenas comunicar-se com um coordenador de rede. Observa-se na figura abaixo as topologias e o suporte para dispositivos físicos. Figura 2.7 Topologias do ZigBee. Fonte: Microwatt.

40 38 O ZigBee opera em três bandas de rádio conhecidas como ISM (Industrial, cientifico e medicinal), as quais estão isentas de licenciamento. Geralmente corresponde à banda de 2.4 GHz e ainda às bandas de 915 MHz (Estados Unidos) e 868 MHz (Europa). Conforme a banda de freqüência, as taxas de transmissão variam: em 2.4 GHz podem ser obtidas taxas de transmissão de 250 Kbps, com 16 canais disponíveis; a 915 MHz, está disponível a uma taxa de transmissão de 40 Kbps e 10 canais de comunicação; e no caso de 868 MHz, possibilita 1 canal de comunicação e uma taxa de transmissão de 20 Kbps. Em termos de modulação, para a banda de freqüência de 2.4 GHz é utilizado o O- QPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying) e para a banda de 915 MHz ou 868 MHz é utilizado o BSPK (Binary Phase Shift Keying) Wi-fi e Wimax Entre os possíveis sistemas de comunicação para rede wireless pode-se destacar duas tecnologias destinadas à transmissão de dados entre dispositivos computacionais, que são: o sistema wi-fi (Wireless Fidelity) e o sistema Wimax (World Interoperability for Microwave Access). O wi-fi tornou-se a tecnologia de mais rápida adoção no mundo sem fio dos últimos anos e já se encontra em muitos dispositivos computacionais, como por exemplo, PDAs, notebooks, etc., sendo dividida em três principais padrões: b, a e g. O padrão b foi o primeiro padrão a ganhar força no mercado brasileiro. Este permite que os dados sejam transmitidos a 11 Mbps, 5.5 Mbps, 2 Mbps ou 1 Mbps, entretanto, como parte da largura de banda é reservada para controle do protocolo, a velocidade máxima alcançada por esse padrão é de 5.2 Mbps.

41 39 O b é o padrão mais lento da tecnologia Wi-fi, e atualmente no mercado computacional se encontra em um número reduzido de dispositivos que pertencem a esse padrão. Observa-se na tabela abaixo a comparação entre a velocidade do protocolo b e a velocidade de acesso à internet banda larga convencional. Tabela 2.1 Comparação entre as velocidades de acesso à internet. Fonte: Gonçalves (2005). O padrão b pode ser lento quando se precisa usufruir de recursos da rede local que exija grande largura de banda, como por exemplo, a cópia de um arquivo de 1 giga de um computador para o outro. Para solucionar o problema de velocidade de conexão lenta para determinadas aplicações, surgiu o padrão wi-fi g no final de Conhecido como wi-fi2, o padrão g possui uma taxa de transmissão padrão de 54 Mbps e faixa de freqüência 2.4 GHz, a mesma faixa utilizada pelo padrão b. Com isso, os dispositivos enquadrados no padrão b serão suportados pelos dispositivos g, entretanto, um dispositivo b não poderá ultrapassar os 11 Mbps (limitado pela tecnologia cliente b) ao se comunicar com um dispositivo g. O padrão a foi o primeiro dos três padrões a ser idealizado, porém, surgiu após a homologação do b. Este padrão (802.11a) utiliza a faixa de freqüência de 5 GHz, contra o 2.4 GHz dos b e g, e permite uma taxa de transmissão de 54 Mbps.

42 40 A tabela a seguir, apresenta uma comparação entre os três padrões wi-fi. Tabela 2.2 Comparação entre os padrões wi-fi. Fonte: Gonçalves (2005) Comparações entre as Tecnologias A seguir serão feitas comparações de diferentes tecnologias da comunicação sem fio. Tabela Comparação entre o Wi-fi, Bluetooth e ZigBee. Fonte: Silva (2007). Na tabela 2.3 verificam-se as principais características das tecnologias referentes à comunicação sem fio. Na figura abaixo observa-se a representação gráfica da taxa de transferência de dados X alcance entre as tecnologias. Nela pode-se verificar que existem muitas especificações sem fio, e que podem ter alcances e taxas de transferências bem diferentes.

43 41 Figura 2.8 Representação gráfica da taxa de transferência x alcance. Fonte: Frias (2004) Outras Tecnologias Dentre os protocolos citados acima, existem outro protocolos, abertos ou proprietários, para a criação de sistemas domóticos. A título de referência apresentam-se alguns protocolos que não serão aprofundadas nessa monografia. X-10; LonWorks (Local Operating Network); BACNet (Building Automation and Control Network); HomePnP (Home Plug & Play); EIB (European Installation Bus);

44 42 UPnP (Universal Plug & Play) Rede Pública de Comunicação Celular As redes públicas de comunicação celular tiveram início no Brasil por volta de A transmissão de dados via telefonia celular se tornou uma solução inovadora de incorporação de novos valores em tecnologia, que permite somar a qualidade de serviços e com fator mobilidade, o principal diferencial da telefonia celular. As redes celulares passaram por uma grande evolução, presenciando diversas tecnologias, incluindo as tecnologias mais antigas, como a analógica AMPS e as mais atuais GSM e 3G (digitais). A primeira geração dos Serviços Móveis Celulares (SMC) foi baseada em tecnologia analógica, onde os telefones eram apenas simples transmissores e receptores de rádio associados a um número de telefone. Este sistema tinha certa limitação, pois não garantia a segurança nas comunicações e, principalmente, não atendia a demanda de usuários, que crescia desenfreadamente. A limitação dos sistemas analógicos fez com que novas tecnologias fossem desenvolvidas, surgindo, então, os sistemas celulares de segunda geração (digitais), permitindo uma comunicação mais segura, e principalmente, permitiram o desenvolvimento de terminais telefônicos compactos e de baixo consumo. As aplicações iniciais dos sistemas digitais envolviam, primeiramente, apenas sinais de voz e, por conseguinte, transmissão e recepção de dados. Porém, as conexões eram baseadas em alocações fixas de canal, tornando o sistema inadequado para aplicações em comunicações de dados de tráfego por demanda, como é o caso da Internet. Com o aumento na demanda por tráfego de dados, principalmente na rede de Internet, foi elaborado um projeto para a criação da terceira geração de telefonia móvel. Contudo, antes foi criada uma geração intermediária, a geração 2.5, agregando

45 43 comunicação móvel de dados aos tradicionais serviços de voz. Com essa geração, o aspecto segurança passou a ser um ponto importante, pois a comunicação de dados em sistemas móveis começou a envolver trocas de informações confidenciais entre grandes blocos coorporativos, além da privacidade exigida para as comunicações pessoais. As redes de celulares passaram a ter como base uma tecnologia digital com transmissão por comutação de pacotes e, estes sistemas, também conhecidos como GSM (Global System for Moblie), aceitavam serviços clássicos da telefonia e comunicação de dados, permitindo que vários usuários e serviços utilizassem simultaneamente os canais. A terceira geração dos sistemas móveis é conhecida como a geração 3G, que possibilita o acesso à internet em banda larga, o que irá permitir muitas aplicações específicas. A seguir serão apresentados, de forma resumida, os principais padrões de tecnologia para sistemas celulares Sistema AMPS e TDMA De acordo com Tude (2003), o AMPS (Advanced Mobile Phone Service) foi o padrão dominante para os sistemas celulares analógicos na primeira geração. Foi desenvolvido pelos laboratórios Bell da AT&T e os primeiros sistemas entraram em operação nos Estados Unidos em 1983; Posteriormente, foi adotado por outros países e pelo Brasil. No AMPS, a comunicação era feita entre um terminal móvel e uma ERB (Estação Rádio Base) na faixa de freqüência de 800 MHz por meio de sinais analógicos em canais de 30 KHz. O acesso ao canal rádio era feito por meio do FDMA (Frequency Division Mutiple Access) Acesso Múltiplo por Divisão de Freqüência, que limitava o espectro, e as transmissões apresentavam baixa privacidade.

46 44 O crescimento da utilização de sistemas celulares levou a necessidade do aumento da capacidade destes sistemas, sendo este, grande motivador nos Estados Unidos, para o desenvolvimento dos sistemas digitais de segunda geração. A solução TDMA (Time Division Multiple Access) surgiu como uma opção que mantinha a compatibilidade com a arquitetura e canalização utilizada pelos sistemas AMPS. O TDMA (IS-136) foi padronizado pela TIA (Telecommunication Industry Association). A utilização de canais digitais de comunicação entre terminal móvel e ERB permite que até três usuários compartilhem o mesmo canal pela utilização de diferentes slots de tempo. De acordo com a figura abaixo, o AMPS e o TDMA apresentam a mesma arquitetura básica. Figura 2.9 Arquitetura básica do AMPS e TDMA. Fonte: Tude (2003). As características principais da interface entre estação móvel e estação rádio base (ERB) serão apresentadas a seguir Freqüência de Operação

47 45 De acordo com Tude (2003), o AMPS foi padronizado para a freqüência de 800 MHz colocada nos EUA para sistemas celulares. Já o TDMA foi padronizado para a faixa de freqüência de 800 MHz e 1900 MHz. Tabela 2.5 Freqüência de operação (MHz). Fonte: Tude (2003) Canalização O AMPS é um sistema que utiliza o múltiplo acesso por divisão de freqüência (FDMA). A banda do AMPS é dividida em vários canais de rádio freqüência (RF), onde cada canal consiste em um par de freqüências, transmissão e recepção, com 30 KHz de banda cada. As bandas de frequência (A ou B) ocupam 12.5 MHz cada uma. E são compostas por 416 canais, sendo 21 canais de controle e voz. Os canais no AMPS utilizam modulação FM. O TDMA tem toda a estrutura de canalização do AMPS, mas permite que cada canal seja dividido no tempo por diferentes usuários através de múltiplo acesso por divisão. A estrutura de transmissão de dados é implementada através de um frame de 40 ms com 6 intervalos (slots) de tempo com 6.6 ms cada. Cada chamada telefônica utiliza dois intervalos de tempo, sendo, portanto, possíveis até 3 conversações utilizando a mesma banda de 30 KHz de um canal de voz AMPS.

48 O canal de controle no TDMA é digital e permite a implantação de serviços de mensagens curtas (SMS) Capacidade Segundo Tude (2003), os sistemas AMPS e TDMA utilizam um plano de freqüência com reuso de 7 por 21, ou seja, cada célula é dividida em três setores, assim, formando 21 grupos de freqüência reutilizados em cada grupo de 7 células. No sistema AMPS, cada um deste par de freqüências é utilizadas por uma chamada. Já no sistema TDMA é possível realizar até três chamadas simultâneas, utilizando esta mesma freqüência Sistema CDMA O CDMA (Code Division Multiple Access) é um padrão digital de segunda geração da telefonia móvel desenvolvido nos Estados Unidos. A família de normas da TIA padronizou os sistemas celulares digitais da 2G, conhecidos popularmente como CDMA. Sua tecnologia utiliza o espelhamento espectral de sinais como meio de acesso para permitir que vários usuários utilizem uma mesma banda de freqüência (banda de freqüência de 1.25MHz). Nessa tecnologia, os bits oriundos da conversão da fala (analógico-digital), em conjunto com outros bits de controle são espalhados pelo espectro de forma aleatória. Ou seja, o lado transmissor espalha os bits e o lado receptor faz o ordenamento dos bits. Com a melhor utilização do espectro, o CDMA permite o aumento da capacidade dos sistemas celulares. Observa-se que a figura abaixo mostra a forma de transmissão de um canal RF do sistema CDMA. Quanto maior o número de usuários, maior será a interferência e o ruído.

49 47 Figura 2.10 Forma de transmissão no sistema CDMA. Fonte: Tude (2003). Por isso, o número de usuários em uma célula é limitado pelo nível de interferência presente, assim, permitindo um uso com qualidade aceitável Sistema 3G O sistema considerado 3G vem da evolução do GSM, que, por sua vez, vem sendo padronizada pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Foi o 3GPP que padronizou as redes GSM/GPRS/EDGE, e vem concentrando esforços para desenvolver padrões que atendam às necessidades das pessoas. Tal desenvolvimento consiste na implementação de ferramentas que melhorem o desempenho dos sistemas celulares. As principais características do desenvolvimento, são o aumento da velocidade para transferência de dados e da eficiência espectral dos sistemas, que se trata da relação entre velocidade oferecida e banda disponível, e a redução da latência da rede (tempo que os dados levam para atravessar toda a rede). Esta evolução exigiu a definição de um novo padrão para a interface entre Estação Móvel e ERBs com canais de rádio freqüência de 5 MHz utilizados nos sistemas CDMA. Este novo padrão WCDMA Wideband CDMA implica em mudanças na estrutura da canalização do GSM e exige a adição de uma banda de freqüência para implementação do serviço por parte da operadora, mantendo a compatibilidade e interfaces da arquitetura GSM.

50 Sistema GSM O sistema GSM será descrito no próximo capítulo, pois será uma proposta do sistema de monitoramento de dados.

51 3. SISTEMA PROPOSTO PARA MONITORAMENTO DE DADOS VIA TELEFONIA CELULAR 49 Neste capítulo é descrita a proposta do funcionamento, envio e recebimento de dados via tecnologia GSM. Também serão abordados tópicos sobre a tecnologia GPRS, que está diretamente ligado ao envio de dados via protocolo TCP. 3.1 Sistema GSM O sistema GSM, originalmente conhecido como Group Special Mobile, é um padrão digital de segunda geração. Devido aos vários sistemas desenvolvidos com diferentes formas de envio de dados, protocolos e freqüências de comunicação, a CEPT Conference of European Post and Telegraphs em 1982 formou um grupo denominado GSM, que tinha como objetivo estudar e desenvolver um sistema móvel baseado nas seguintes características básicas: Boa qualidade de voz; Eficiência espectral; Terminais pequenos e baixo custo; Suporte para roaming; Suportar uma larga área de novos serviços e utilidades; Compatibilidade RDSI Rede Digital de Serviços Integrados.

52 50 Em 1990, pela European Telecomunicatiom Standarts Institute, foram publicadas as especificações do GSM e, hoje, é considerado um padrão digital de segunda geração adotado na maior parte do mundo. Desenvolvido inicialmente para atuar na faixa de freqüência de 900 MHz, o GSM teve posteriormente uma versão adaptada para as faixas de 1800 MHz e 1900 MHz. A tabela 2.6 ilustra a faixa de freqüência de operação dos canais. Tabela 2.6 Faixa de operação do GSM. Fonte: Tude (2004). O GSM foi padronizado para operar nas faixas de freqüência conforme apresentada na tabela acima, sendo GSM 900 e o DSC1800 adotados na Europa e o PCS 1900 nos EUA. No Brasil, as bandas estão na faixa do DSC 1800, tendo sido licitado inicialmente 15 MHz por operadora em cada direção Arquitetura do Sistema GSM Uma rede GSM é composta por várias entidades, funções e interfaces específicas. A arquitetura do sistema (FIG.3) é composta de três subsistemas interconectados: o subsistema de estação rádio base, o subsistema de comutação de rede, e o subsistema de suporte e operação.

53 51 Figura 3 Arquitetura do sistema GSM. Fonte: Pimenta (2006). A estação móvel (MS), juntamente com o Módulo de Identificação do Assinante (SIM), são os elementos mais conhecidos dentre a arquitetura. O cartão SIM é composto de um processador e um chip de memória que armazena e identifica o usuário. O BSS (Base Station Subsystem) é constituído pela estação rádio base ou pela estação Transceptora (BTS) e o controlador de estação rádio base (BSC). O BSS realiza a interação entre a BTS e o terminal móvel. A BTS contém a antena que irá definir o tamanho da célula. Segundo Pimenta (2006), o subsistema de comutação de rede (NSS) tem a função de fazer as conexões e controlar bancos de dados requeridos durante uma chamada. É composto por uma central de comutação de serviços móveis (MSC), o registro local (HLR), o centro de autenticação (AUC), o registro de visitante (VLR) e o registro de identidade de equipamento (EIR). O MSC é responsável pela atribuição de canais do usuário, e é a parte central do NSS. O HLR é o banco de dados que armazena os dados e a identidade dos usuários de sua região de abrangência. O VLR é um banco de dados que contém informações sobre assinantes que estão em roaming. E por fim, o EIR foi criado para localizar e barrar equipamentos roubados ou clonados.

54 52 O subsistema de suporte e operação faz a interação com os outros subsistemas, como o ISDN (Integrated Service Digital Network) entre outros, assim fazendo a monitoração e o gerenciamento do sistema, e também, é responsável pela tarifação Canalização, Capacidade e Modulação As bandas do GSM são divididas em canais de rádio freqüência, onde cada canal consiste de um par de freqüências com 200 KHz. Existem 124 canais de RF com o GSM 900 e 373 canais no DSC As freqüências portadas dos canais de RF são moduladas em 0,3 GMSK por um sinal digital com taxa de transferência de Kbit/s. Este sinal digital de Kbit/s é divido no domínio do tempo em 8 intervalos (slots) de tempo o múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA) das estações móveis. A eficiência de utilização do espectro, ou a capacidade de um sistema GSM é maior do que a AMPS e menor do que um sistema TDMA. Em uma banda de 30 KHz, o AMPS tem capacidade para uma chamada telefônica e o TDMA três. Já o GSM em 200 MHz tem a capacidade para oito chamadas e utilizam um reuso de freqüência de 4 por 12, por apresentar menos interferência. De acordo com Pimenta (2006), a modulação usada no GSM é a GMSK (Gaussian Minimun Shift Keying) que é um tipo de modulação FSK, em que a modulação em freqüência é o resultado de uma modulação em fase com sinais adequados e amplitude constante, tornando-o apropriado para o uso com amplificadores de alta freqüência. 3.2 Tecnologia GSM/GPRS A tecnologia GSM/GPRS é uma integração das redes GSM com GPRS (General Packet Radio Service), ou seja, é a junção de uma rede GPRS em cima da outra rede celular GSM, que possui abrangência global. Com a popularização do uso da internet e de outros serviços de dados, observou que as redes GSM não comportariam grandes

55 53 quantidades de dados nos diferentes estágios do sistema. Por esse motivo, as redes GPRS foram desenvolvidas para aceitar serviços de dados, pois foram criadas com base em transmissão por comutação de pacotes, que utiliza a fonte de rádio para tráfego em rajadas. Para que as operadoras possam utilizar dos serviços GSM e GPRS, os dois sistemas compartilham características entre si, tais como as bandas de freqüência, a estrutura de frames e técnicas de modulação. Mas, no entanto, a cobrança pelo o uso do sistema GPRS é feita pela quantidade de dados transmitidos, enquanto que no sistema GSM é feito por tempo de conexão. De acordo com Tude (2003), a tecnologia GSM/GPRS explora as redes celulares e internet, e esta integração com a internet é umas das grandes vantagens do sistema GPRS, porque permite a conexão com qualquer ponto do mundo em diferentes equipamentos. Essa versatilidade do sistema é algo importante em qualquer sistema de monitoramento remoto de dados. O sistema possui também recursos de segurança, chaves de autenticação, código de identificação pessoal (Código PIN Personal Identification Number), etc., que podem ser usados para controlar e proteger conexões entre os dispositivos Arquitetura do Sistema GPRS Com a adição de tráfego orientado por pacotes, vários elementos foram trocados e alguns adicionados à arquitetura GSM, tornando-se, assim, a rede GPRS. Em comparação entre as arquiteturas GSM e GPRS estão à substituição do MSC (Mobile Services Switching Center) pelo SGSN (Serving GPRS Support Node) e a do GMSC (Gate Mobile Services Switching Center) pelo GGSN (Gateway GPRS Support Node). Agora os elementos que se diferenciam na rede GPRS em relação à rede GSM estão o BG (Boder Gateway), e o Backbone GPRS. A seguir, apresenta-se na figura 3.1 a arquitetura básica do sistema GPRS.

56 54 Figura 3.1 Arquitetura básica do sistema GPRS. Fonte: Tude (2004). O SMSC (Short Message Service Center) é responsável pelo tráfego de pacotes que possui as unidades móveis (MS) como origem ou destino e por funções como autenticação, roteamento, gerenciamento de mobilidade, controle de acesso e contabilidade de uso da rede de rádio. O GGSN tem a função de gerenciar o roteamento entre a rede GPRS e outras redes de dados, tais como, Internet, X.25, etc., e é responsável por controlar a alocação de endereços IP por parte das unidades móveis e traduzir os formatos de pacotes de endereços externos para o formato de endereçamento GPRS e vice-versa. O LR (Location Register) tem a função de armazenar a localização atual e as informações permanentes de todos os usuários que estão na área de serviço. A partir destas unidades, é possível recuperar a célula e os endereços SMSC em que o MS está localizado, basicamente substituindo a funcionalidade do VLR nas redes GSM. O Backbone GPRS, o suporte principal, é uma rede IP que interconecta os componentes internos às redes GPRS. A função roaming entre diferentes redes é feita pelo BG. Algumas modificações no HLR foram feitas para comportar informações GPRS pertinentes aos usuários. Este também armazena o endereço PDP (Packet Data Protocol) de cada usuário. O GSN (GPRS Support Node) é composto pelos elementos que compõe a rede GPRS, onde esses são interconectados pelo backbone. Apresentam-se na figura 3.2 os principais elementos internos interconectados.

57 55 Figura 3.2 Principais elementos internos de uma rede GPRS. Fonte: Própria. O elemento responsável pela coleta e direcionamento ao sistema de bilhetagem dos dados de contabilidade é o CGF (Charging Gateway Funcionality); o LIG (Lawfull Interception Gateway) tem a função interceptar e armazenar o tráfego de um determinado MS por questões legislativas; e o DNS (Domain Name Server) é um servidor de nome convencional que traduz nomes lógicos em endereços IP. 3.3 Formas de transmissão de dados A transmissão de dados pode ser feita através de duas maneiras: via GPRS- Internet ou via SMS (Short Message Services). A transmissão de dados via GPRS Internet, é feita na forma de protocolos em camadas. A rede GPRS utiliza dois tipos de protocolos para a transferência de dados, o

58 IP e o X.25. A figura 3.3 apresenta o plano de transmissão utilizada nas redes GPRS para o TCP/IP. 56 Figura 3.3 Pilha de protocolo GPRS. Fonte: Tude (2004). Logo, apresentam-se como é feito a troca de informações entre a estação móvel e o servidor: 1. É gerado um pacote de dados TCP/IP que é mapeado na camada LLC (Logical Link Control) pelo SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol); 2. Para chegar ao SGSN, o pacote utiliza das interfaces Um (RLC/MAC) e Gb (BSSGP e NS); A camada RLC/MAC (Radio Link Control/Media Access Control) tem a função de controle de acesso à sinalização de acesso ao canal de radio, e o mapeamento dos frames LLC nos canais físicos RF GSM; O BSSGP (Base Station System GPRS Protocol) é responsável pelo roteamento e informação entre o BSS e o SGNS; O NS (Network Service) é responsável por transportar pacotes de dados do BSSGP. 3. O chaveamento entre as camadas RLC e BSSGP é feito na camada LLC;

59 57 4. No SGSN os pacotes são chaveados para o backbone GPRS onde são transferidos através de um protocolo de tunelamento de dados GTP em uma rede IP. A segunda forma de transmissão de dados pode ser feita via SMS (Short Message Service), permitindo que as mensagens sejam transmitidas a todos os usuários móveis em uma área geográfica especificada. As mensagens são enviadas ao SMSC (Centro de serviço de mensagem curta), que prevê uma store and forward. Este termo significa armazenar e transmitir, ou seja, a informação é enviada a uma estação intermediária, onde é mantida e enviada posteriormente para o destino final ou para outra estação intermediária. Figura 3.4 Funcionamento do serviço. Fonte: Silva (2010). O envio de mensagens curtas entre o SMSC e o telefone, é feito através do MAP (Mobile Application Part) do protocolo SS7 (Sistema de Sinalização). O comprimento de carga das mensagens é limitado pelas restrições do protocolo de sinalização, onde 160 caracteres são utilizados. A figura a seguir apresenta o plano de transmissão de dados via SMS.

60 58 Figura 3.5 Plano de transmissão. Fonte: Própria. Em seguida, apresenta-se o detalhamento do plano de transmissão: 1. O MS (telefone celular) está ligado e registrado com a rede; 2. O MS transfere o SM para o MSC (Central de serviços móveis); 3. O MSC interroga o VLR (Registro de visitante) para verificar se a transferência da mensagem não viola os serviços complementares invocado ou as restrições impostas; 4. O MSC envia a mensagem curta para o SMSC usando a operação Forward Short Mensage; 5. O SMSC envia a mensagem curta para o SME (Celular receptor), e opcionalmente, recebe o reconhecimento; 6. O SMSC reconhece ao MSC o êxito da operação Forward Short Message;

61 59 7. A MSC retorna ao MS o resultado da operação; A tabela 2.7 faz uma comparação da velocidade de taxa de transmissão de dados das principais tecnologias. Tabela 2.7 Taxa de transmissão de dados. Fonte: Tude (2004). 3.4 Terminais GPRS (Conexão) e Classes de Terminais A seguir, será descrito os passos sobre a conexão de um terminal a uma rede GPRS. Primeiramente, um terminal GPRS, ao ser energizado, será reconhecido pela rede de forma parecida como ocorre em um terminal GSM para voz. Então, é criado um enlace lógico entre o terminal e o SGSN, assim registrando e autenticando na rede. O próximo passo é conseguir um endereço IP para estabelecer a conexão em GPRS, através da ativação do PDP (Pocket Data Protocol). O endereço IP é fornecido pela operadora móvel ou por outro operador dependendo de como a rede está configurada. E no terceiro e último passo, o terminal GPRS está pronto para enviar e receber pacotes. Para economizar energia, o terminal pode assumir os seguintes estados: Idle (ocioso), Ready (pronto) pode enviar e receber pacotes instantaneamente ou standy-by (modo de espera).

62 60 Já as classes de terminas são definidas em três especificações: 1. Classe A: Terminais que podem tratar voz e dados ao mesmo tempo; 2. Classe B: Terminais que podem tratar voz e dados, mas não ao mesmo tempo; 3. Classe C: Terminais que podem tratar apenas dados, como cartões GPRS PCM/CIA para computadores portáteis. A maioria dos terminais lançados comercialmente é de Classe B, pois o custo é relativamente baixo em relação ao de Classe A. 3.5 Interface de Referência e APN (Access Point Name) Segundo Tude (2004), o terminal GPRS pode ser usado para o acesso de dados ou internet utilizando o WAP ou pode ser conectado a outro equipamento, por exemplo, o computador. As especificações da tecnologia GSM definem uma interface denominada interface de referência ou interface R entre um terminal móvel e o equipamento terminal, quando estes estão separados fisicamente. De acordo com a ITU V.25 (Serial Asynchronous Dialing and Control), foram definidos os comandos de atenção (comando AT). O conjunto de comandos AT para terminais GSM são especificados pelo GSM O APN (Access Point Name) realiza a conexão entre o operador e uma rede IP externa. De acordo com Tude (2004), o operador estabelece APNs para várias redes, sendo um tipicamente definido pela rede pública WAP. O número de APNs de um terminal varia de acordo como modelo e o fabricante.

63 61 4. SISITEMA DE TRANSMISSÃO DE DADOS MÓDULO GSM/GPRS 4.1 Módulo GSM/GPRS SIM340 O módulo de comunicação usado no projeto é o modelo SIM340 (SIMCOM), que é utilizado em larga escala no mercado. O módulo GSM/GPRS SIM340 (FIG.4) é uma interface compacta que apresenta as seguintes características: Baixo consumo; Possui memória flash e RAM; Alimentação 12 Volt; Possui conector de antena GSM; Possui entrada para cartão SIM; Possui saída serial. Formato de comunicação de alto nível (comandos AT); SMS (Short Message Service); Pilha TCP/IP interna; Acesso a rede GSM/GPRS.

64 62 Figura 4 Módulo SIM340. Fonte: SIMCOM (2006). O módulo trabalha com banda Quad-Band GSM/GPRS (850/900/1800/1900 MHz) e classe B de estação móvel. O SIM340 permite a aquisição de dados via porta serial, com integração à internet via protocolo TCP/IP. Oferece um desempenho de voz, SMS, dados e fax em um formato pequeno. Apresentam-se aplicações de WLL (terminal celular fixo), aplicações de M2M (Machine-to-Machine), dispositivos portáteis, telemetria, pagamento eletrônico, telemedicina, e muito mais. A figura 4.1 mostra o modem GSM/GPRS externamente e a antena GSM. Já na figura 4.2 são mostrados os conectores de interfaceamento como o conector da antena, da fonte de alimentação e a entrada serial. Figura 4.1 1: Modem GSM/GPRS. 2: Antena GSM. Fonte: Própria.

65 63 Figura 4.2 Vista frontal e posterior do modem. Fonte: Própria. Observam-se na figura 4.2 os conectores de interfaceamento: 1. Conector da antena GSM; 2. Conector da fonte de alimentação; 3. Entrada da porta serial RS-232. A figura 4.3 ilustra o diagrama funcional do modem. Neste diagrama informa que o modem possui interfaces como alimentação, leitura do chip SIM, oferece outras funções normais de um celular, tais como, áudio, LCD e interface com memória flash, entre outras.

66 64 Figura 4.3 Diagrama funcional do modem. Fonte: SIMCOM (2006). 4.2 Modo de Operação A seguir, na tabela 2.8, são apresentados os diferentes modos de operação do modem SIM340. Tabela 2.8 Modo de operação. Fonte: Própria. Modo Operação Normal GSM/GPRS Sleep GSM Idle Função Permite a configuração de diferentes modos de economia de energia. Opera no modo de sleep e no nível mínimo de energia. O Software está ativo e o módulo registrado na rede GSM. O módulo está pronto para enviar e receber dados.

67 65 GSM Talk GPRS Idle GPRS Data A conexão entre dois assinantes está ativa. O consumo de energia depende da configuração da rede, como DTX off/on, FR/EFR/HR, ganho de antena, etc. O módulo está preparado para transferir dados em GPRS. O consumo da energia depende do ajuste da rede e da configuração do GPRS. A transferência de dados em GPRS está em progresso. O consumo de energia está relacionado com as configurações de rede e GPRS. Power Down O módulo está desligado e o software inativo. A tensão de entrada está conectada e a interface RS-232 não está disponível. Alarme Operação restrita a função de alerta do RTC quando o módulo está no modo Power down. O terminal não poderá ser registrado na rede GSM e apenas partes do comando AT podem estar disponíveis. 4.3 Comandos AT Os modems são módulos largamente divulgados, com ligação à rede telefônica, e cuja interface com computadores pessoais seguem as normas standard. A troca de informação entre um computador e um modem ligado via porta serial utiliza geralmente um protocolo, designado como comandos AT. O padrão AT é uma linguagem de comandos orientados por linha. Cada comando é constituído por três elementos: O prefixo, o corpo de comando, e o caractere de fim de comando ou terminação. O prefixo consiste nos caracteres AT. O corpo de comando é constituído por caracteres individuais. E o caractere de fim de comando é o <CR>.

68 66 Segundo Arthut (2007), uma linha de comando AT pode conter um ou mais comandos, usando delimitadores para separar cada comando. Esse delimitador pode ser um ponto e vírgula ou um espaço para comandos básicos. Abaixo mostra-se na figura 4.3 um exemplo da estrutura de uma linha de comando. Figura 4.3 Estrutura de uma linha de comando AT. Fonte: Arthur (2007). Quando um comando é enviado, o modem responde com uma mensagem (Result Code), ou Código Resultante, que avisa para o modem o resultado do comando que foi requisitado. A seguir a figura 4.4 ilustra um exemplo de um código resultante. Figura 4.4 Resposta para uma linha de comando. Fonte: Arthur (2007)

69 67 Os comandos AT são projetados de acordo com a ITU (International Telecommunication Union). Serão apresentados na tabela 2.9 alguns comandos mais utilizados pelo modem. Tabela Alguns comandos AT. Fonte: Própria. Comandos Função ATA ATD ATE ATH ATO Responde à chamada. Origina uma chamada para o número. Determina o número de eco de caracteres. Desliga uma chamada existente. Passagem do modo de comandos para o modo de dados. +++ Passagem do modo de dados para o modo de comandos. ATV ATX AT+CPIN AT+CREG AT+CLIP AT+CMGD AT+CMGR AT+CMGS Formata as respostas do modem. Monitora o número de resposta do modem. Introduzir o código PIN. Registro na rede. Identificação da chamada. Deletar SMS. Ler mensagem SMS. Enviar mensagem SMS. AT+CGATT Serviço GPRS. 4.4 Controle Liga/Desliga

70 Ligar SIM340 (Turn on) O modem SIM340 pode ser ativado por duas vias, sendo elas: 1. Via PWRKEY: inicia o modo normal de funcionamento; 2. Via RTC: modo de alarme. Para iniciar o modo normal de funcionamento (PWRKEY), liga-se o SIM340 a uma tensão de baixo nível por um período de tempo até a ativação do modem. Quando o processo estiver completo, ou seja, ligado, o SIM340 enviará o código RDY (Ready) para indicar que o módulo está pronto pra funcionar. Outra maneira de ligar o modem é utilizar a interrupção RTC (Real Time Clock). A função de alerta faz vigília sobre o SIM340 enquanto o modem é desligado. No modo de alarme, o SIM340 não irá registrar a rede GSM. O tempo de alarme é ajustado através de um comando especifico AT+CALARM. O RTC mantém o tempo de alarme se o terminal for desligado pelo comando AT+CPOWD=1. Uma vez que o alarme foi executado, o terminal entra no modo de alarme que é indicada pelo URC (Unsolicited Result Code): RDY (Ready). No modo alarme, o terminal executa alguns comandos AT, como apresentados na tabela Tabela 2.10 Comandos executados no modo alarme. Fonte: Própria. Comando AT Uso AT+CALARM AT+CCLK Ajusta o tempo de alarme. Ajusta a data e hora do RTC.

71 69 AT+CPOWD AT+CFUN Desliga o terminal. Começa ou termina a pilha de protocolo Desligar o SIM340 (Turn off) O modem pode ser desligado por duas formas: 1. Pelo procedimento normal usando PWRKEY; 2. Usando o comando AT. Pelo procedimento normal, pode-se desativar o SIM340 pelo PWRKEY. Este procedimento permitirá que o módulo faça o logoff da rede e permitirá que o software entre em um estado seguro e salve os dados antes de desligar completamente a alimentação. Antes da conclusão do procedimento de desligamento, o módulo irá enviar o código de resultado POWER DOWN. Após este momento, o comando AT não pode ser executado. Outro procedimento utilizado é através do comando AT. Usa-se o comando AT+CPOWD=1 para desligar o módulo. Este comando repetirá o mesmo procedimento do PWRKEY descrito acima. 4.5 Interface SIM (Subscriber Identification Module) A interface SIM foi desenvolvida para cartões SIM de 3V que seguem a norma GSM Para colocar ou retirar o chip, o terminal deve estar com a fonte de alimentação desligada.

72 70 Na figura 4.5 pode-se ver a conexão dos pinos de alimentação do SIM. O chip possui também uma porta chamada presence, que tem a função de mostrar ao modem GSM que contém um chip SIM conectado a ele. Já o pino três é usado como entrada e saída de dados. Figura 4.5 Interface do modem SIM340 com o chip GSM. Fonte: SIMCOM (2006). 4.6 Aplicabilidade da Tecnologia Atualmente, o serviço de mensagens curtas (SMS) e pacotes de dados GPRS é oferecido pela maioria das operadoras de telefonia celular. Com o crescimento destes serviços e, por ter cobertura geográfica bastante ampla, há a possibilidade de aplicar essa tecnologia em diversas áreas, tais como: Monitoramento e controle ambiental; Estação de tratamento de água; Sistema de irrigação;

73 71 Automação residencial; Sistema de segurança; Monitoração de pacientes; Monitoração de veículos. Sistema de água e energia.

74 72 5. DESCRIÇÃO DO SISTEMA DESENVOLVIDO O projeto visa fazer o monitoramento e controle de várias entradas e saídas em tempo real através de um modem. Este sistema pode ser aplicado em diversas áreas da automação, mas este é, especificamente, aplicado à automação residencial. Por exemplo, pode-se colocar este equipamento em uma casa de campo para ligar ou desligar uma lâmpada, acionar o motor da piscina, monitorar um sensor de presença, entre outros recursos. Portanto, neste capítulo, será apresentada a arquitetura proposta do sistema desenvolvido. 5.1 Descrição do Projeto O projeto se baseia no desenvolvimento de uma unidade de monitoramento remoto. Esta unidade é caracterizada por capturar dados de qualquer dispositivo (sensores, atuadores, etc.) e transmitir os dados para um usuário através de um meio de comunicação. Para este caso, é utilizado um Modem GSM/GPRS, no qual foi descrito no capítulo anterior, para realizar a transferência de dados via SMS. Para a captura desses dados, é necessário conectar os dispositivos (sensores, atuadores, relés, etc.) a um microcontrolador que, por sua vez, é interligado a um modem, de acordo com a figura 5. O microcontrolador é o componente responsável para realizar todo o processamento de dados necessário. Sensores Atuadores Micro- controlador MODEM GSM/GPRS SIM340 Antena Figura 5 Diagrama de blocos de funcionamento. Fonte: Própria.

75 O Desenvolvimento do projeto pode ser dividido em etapas: comunicação entre os dispositivos, configuração e programação do modem e do microcontrolador Comunicação entre os dispositivos A comunicação entre os dispositivos é feita pelo conversor MAX232. O circuito integrado converte sinais TTL em RS232 e vice-versa. Ele fornece uma ótima rejeição de ruídos e é mais robusto às descargas e curtos. O conversor é responsável para realizar comunicação entre o modem e o microcontrolador. Outra forma de comunicação entre o modem GSM/GPRS e o microcontrolador é através da porta serial RS-232. Segundo Canzian (2009), a comunicação de dados estuda os meios de transmissão de mensagens digitais para dispositivos externos ao circuito originador da mensagem. No protocolo de comunicação RS-232, os caracteres são enviados um a um como um conjunto de bits. A codificação mais usada é o startstop assíncrono, que usa um bit de início, seguido por sete ou oito bits de dados, possivelmente um bit de paridade e dois bits de paragem. A taxa de transferência se refere à velocidade com que os dados são enviados, através de um canal e é medido em transições elétricas por segundo. Por exemplo, uma taxa de 9600 bauds por segundo corresponde a uma taxa de 9600 dados por segundo, ou aproximadamente, 104ms (1/9660). Portanto, essa será a taxa de transmissão configurada para a comunicação Configuração e programação do PIC e modem Esta área é responsável pela captura do sinal do dispositivo a ser monitorado. O sistema tem como núcleo, o microcontrolador PIC 16F877A da Microchip. Para a escolha do microcontrolador foram analisadas as seguintes características importantes para o sistema: conversão Analógica/Digital de 10 bits, taxa de amostragem de até 50 KHz, comunicação serial, entre outras. No circuito, todos os dispositivos são conectados ao microcontrolador, onde tem como função gerenciar todas as atividades

76 74 realizadas pelos dispositivos e pelo modem. Nele, devem ser programados todos os comandos que serão executados e monitorados, alem da configuração do próprio microcontrolador. O programa faz a configuração dos recursos como interrupções, timmers e taxa de transmissão do microcontrolador e, em seguida, envia os comandos para a configuração do modem. A programação do modem abrange as definições para o controle de fluxo e taxa de transmissão serial, além das configurações para o armazenamento, envio e recebimento das mensagens de texto. Para efetuar a troca de dados do modem GSM, precisa-se configurá-lo para enviar e receber os dados transmitidos via SMS. Para estas configurações e trocas de dados foram utilizados os seguintes comandos ATs: Configuração do SMS: //Comando que serve para testar o canal de comunicação: AT <ENTER> //Configuração para o modo texto dos SMS: AT+CMGF=1 <ENTER> //Configuração do código de envio SMS da operado de telefonia móvel: AT+CSCA= Código SMS da operadora <ENTER> //Configuração para que as mensagens sejam encaminhadas pela porta serial: AT+CNMI=?

77 75 //Comando para enviar mensagens: AT+CMGS= Número do celular <ENTER> Mensagem <CTRL+Z> //Comando para ler mensagens: AT+CMRG=? Com o modem e o PIC configurados, o programa aguarda o recebimento de um comando, interpreta o código recebido, executa a ação correspondente, envia a mensagem de confirmação ao usuário e retorna ao ponto onde faz a reconfiguração do modem e aguarda por uma nova solicitação do usuário. A Figura 5.1 mostra as etapas da estrutura do programa do microcontrolador e do modem.

78 76 Figura 5.1 Fluxograma do funcionamento do microcontrolador e modem. Fonte: Própria. 5.2 Software de controle O software de controle permite que o usuário faça a configuração do módulo de comunicação para realizar o monitoramento de dados. O programa permite efetuar o monitoramento e controle remoto ou local, se comunicando com o modem via serial (local) ou SMS (remoto). O funcionamento do programa está baseado no envio e recebimento de SMS, conforme o exemplo mostrado no fluxograma da figura abaixo (FIG.5.2).

79 77 Figura 5.2 Um exemplo de fluxograma do sistema implementado. Fonte: Própria. Para entender o funcionamento de envio e recebimento de SMS, pode-se fazê-lo via Hyper Terminal (HP) windows ou em qualquer outro emulador de terminal. O Hyper Terminal é um pequeno programa que vem instalado no próprio Windows que tem a função de enviar comandos AT para um telefone móvel ou modem GSM/GPRS. Para começar a programar o aplicativo SMS, primeiramente verifica-se se o modem e o cartão SIM estão funcionando corretamente. Depois de feita a verificação, inicia-se o procedimento para enviar comandos AT para um modem GSM/GPRS. Os procedimentos serão descritos a seguir: 1. Conecte o modem GSM/GPRS em um computador via porta serial; 2. Execute o programa Hyper Terminal;

80 3. Ao iniciar o programa, uma tela de descrição da conexão é aberta para realizar a conexão (FIG.5.3); 78 Figura 5.3 Descrição da conexão no HP. Fonte: Própria. 4. Após ter criado um nome para a conexão, uma tela conectar-se se abre automaticamente. Na caixa de diálogo, selecione a porta COM, em que o modem está se conectando (FIG.5.4). Figura 5.4 Tela conectar-se usando a porta COM12. Fonte: Própria.

81 5. A tela propriedades da porta COM12 se abre. Nela é feito, a configuração da porta, de acordo as especificações do modem GSM/GPRS (FIG.5.5). 79 Figura 5.5 Configuração da porta COM. Fonte: Própria. Depois de realizado o procedimento acima, uma tela principal (FIG.5.6) aparece informando que o modem está conectado, pronto para ser programado e utilizado. Figura 5.6 Imagem da janela principal. Fonte: Própria.

82 Enviar SMS a partir de um computador Em geral, existem duas maneiras de enviar mensagens SMS a partir de um computador para um telefone celular: 1. Primeiramente conecta-se o modem GSM/GPRS em um computador. Em seguida, usa-se o computador através de comandos AT para instruir o modem a enviar a mensagem SMS. 2. Conecta-se o computador a uma central de SMS (SMSC) ou gateway SMS da operadora e, em seguida, envia-se a mensagem SMS, usando um protocolo/interface apoiado pela central de SMS. A tabela a seguir lista os comandos AT que estão relacionados com à escrita e envio de mensagem SMS: Tabela 2.11 Lista de comandos relacionados à escrita e envio de SMS. Fonte: Própria. Comandos AT AT+CMGS AT+CMSS AT+CMGW AT+CMGD AT+CMGS AT+CMMS Função Enviar uma mensagem. Enviar mensagem a partir do armazenamento. Escrever mensagem para a memória. Apagar a mensagem. Enviar comando. Enviar múltiplas mensagens.

83 Na figura 5.7 será demonstrado no programa Hyperterminal como enviar uma mensagem SMS a partir de um computador. 81 Figura 5.7 Comandos para enviar um SMS. Fonte: Própria. A seguir, serão detalhados os comandos utilizados na demonstração acima: Linha 1: O comando AT é enviado para o modem GSM/GPRS para realizar o teste de conexão. O modem envia de volta o código OK (linha 2), que tem o significado de que a conexão entre o modem e o programa HP está funcionando. Linha 3: O comando AT + CMGF = 1 é usado para instruir o modem a operar em modo texto SMS. Na linha 4, o código OK é retornado pelo modem, indicando que o comando foi executado com êxito. Linha 5 e 6: O comando AT + CMGS = Nº do celular é usado para enviar a mensagem de texto via SMS. Após digitar o número do celular destinatário, deve-se apertar a tecla ENTER. Feito isso, o modem irá retornar um prompt >

84 e o usuário poderá escrever uma mensagem de texto. Escrito a mensagem, apertam-se as teclas CRTL + Z para enviar a mensagem. 82 Linha 7 e 8: O código +CMGS:146 é o número de referência atribuído a mensagem de texto SMS. E o código OK confirma que a execução do comando foi bem sucedida e a mensagem de texto enviada Receber SMS a partir de um computador O procedimento para receber uma mensagem de texto é o mesmo para enviar um SMS. Em termos de programação, enviar e receber mensagens de texto através de um modem GSM/GPRS são semelhantes, basta inserir os códigos, em forma de comando AT, no Hyperterminal. A tabela a seguir lista os principais comandos AT que estão relacionados com o recebimento e leitura de mensagem SMS: Tabela 2.12 Principais comandos para ler e receber um SMS. Fonte: Própria. Comando AT Função AT+CNMI AT+CMGL AT+CMGR AT+CNMA Novas indicações de mensagem. Lista de mensagens. Ler mensagens. Nova confirmação de mensagem. Na figura 5.8 será demonstrado, no programa Hyperterminal, como receber uma mensagem SMS a partir de um computador.

85 83 Figura 5.8 Comandos para receber um SMS. Fonte: Própria. A seguir será detalhada a descrição dos comandos utilizados para receber um SMS: Linha 1: O comando AT é enviado para o modem GSM/GPRS para realizar o teste de conexão. O modem envia de volta o código OK (linha 2), que tem o significado de que a conexão entre o modem e o programa HP está funcionando. Linha 3: O comando AT + CMGF = 1 é usado para instruir o modem a operar em modo texto SMS. Na linha 4, o código OK é retornado pelo modem indicando que o comando foi executado com êxito. Linha 5: O código +CMTI: SM, 7 afirma que o modem GSM/GPRS recebeu uma mensagem de texto, e que está armazenada na posição 7 da memória do SIMCARD.

86 84 Linha 6 e 8: O comando AT+CMGR= 7 serve para ler a mensagem de texto que está armazenada na posição 7. A linha 7, mostra a informação de quem enviou a SMS (no caso acima o envio foi feito através da internet), a data, hora e o fuso horário correspondente. Na linha 8 informa o conteúdo da mensagem de texto. Linha 9: O código OK indica que a execução do comando AT+CMGR foi bem sucedida. 5.3 Implementação do sistema O sistema utiliza o envio e recebimento de SMS, para monitorar e controlar alguns dispositivos de uma residência. O usuário se comunica com o modem GSM/GPRS através de mensagens de texto. Essas mensagens terão comandos para ligar ou desligar uma lâmpada, bombas de piscina, sistema de irrigação, entre outros. Além disso, o sistema também informará o usuário através de uma mensagem de texto, caso ocorra uma ação imprópria em sua residência. O sistema permite que cadastre o número do celular do usuário para que somente o usuário cadastrado possa controlar e monitorar os dispositivos em sua casa. O software tem a funcionalidade de monitorar alguns sensores, tais como: sensor de entrada, de chuva, da sala, e o sensor da garagem. E tem como função, controlar os seguintes dispositivos: Luz externa, bomba da piscina, o sistema de irrigação, o portão da garagem, entre outros descritos no programa. A seguir serão mostradas as mensagens habilitadas com algumas funcionalidades: Tabela 2.13 Mensagem enviada pelo modem. Fonte: Própria. Mensagem Funcionalidade

87 85 Sensor de entrada ativado Sensor de entrada desativado Sensor de chuva ativado Sensor de chuva desativado Sensor da garagem ativado Sensor da garagem desativado Sensor da sala ativado Sensor da sala desativado Monitora se o sensor de entrada está ativo ou não. Monitora se o sensor de chuva está ativo ou não. Monitora se o sensor da garagem está ativo ou não. Monitora se o sensor da sala está ativo ou não. Tabela 2.14 Mensagens aceitas pelo modem. Fonte: Própria. Mensagem Funcionalidade Ligar Luz Ligar ou desligar luz externa. Desligar Luz Ligar Bomba Acionar ou desligar a bomba da piscina. Desligar Bomba Ligar irrigação Acionar ou desligar o sistema de irrigação. Desligar irrigação Abrir garagem Fechar garagem Abrir ou fechar a porta da garagem. O diagrama elétrico do sistema (ANEXO C) é composto por optoacopladores, LED s, e um motor. O optoacoplador (acoplador óptico) é um dispositivo de emissão e recepção de luz que funciona como um interruptor excitado mediante a luz emitida por um LED que satura o componente (foto-transistor). No sistema implementado, os acopladores são alimentados por uma bateria de 5 volts e representam as entradas do projeto. E é através desses dispositivos que será feito a supervisão dos sensores definidos no projeto. Na figura a seguir, apresentam-se os acopladores ópticos e suas funções respectivamente.

88 86 Figura 5.9 Acopladores ópticos. Fonte: Própria. Já os Led s e o motor representam as saídas do sistema implementado. E cada Led tem a sua função (FIG.5.10). O led PGR tem a função de monitorar o funcionamento do sistema. O led D1 representa uma lâmpada, D2 representa porta_garagem, D3 representa o ar-condicionado. A bomba da piscina é representado pelo motor. (FIG.5.11). O circuito elétrico da piscina é alimentado por uma bateria de 12 volts, enquanto o circuito dos Led s é alimentado por uma bateria de 5 volts.

89 87 Figura 5.10 Led s de saída. Fonte: Própria. Figura 5.11 Bomba (motor) piscina. Fonte: Própria. 5.4 Dificuldades encontradas Na fase de desenvolvimento do projeto, algumas dificuldades foram encontradas e solucionadas, de acordo com a necessidade específica da aplicação. O objetivo desta

90 seção é apresentar as dificuldades para que elas possam ser evitadas futuramente. As principais foram: 88 O uso do modem GSM/GPRS exigiu muito tempo de estudo e trabalho, pois houve a necessidade de conhecer a tecnologia e aprender as principais configurações do equipamento e sua programação. A compra do modem foi outra dificuldade encontrada, pois são poucas empresas no mercado que trabalham com o equipamento e a um preço acessível. Outro fato que dificultou a implementação do projeto foi o desenvolvimento do software do microcontrolador PIC16F877A, onde a maior dificuldade foi fazer a comunicação do microcontrolador com o modem.

91 89 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES Neste capítulo, apresenta-se toda a parte de simulações e testes realizados no projeto. O sistema desenvolvido gerou resultados satisfatórios, onde à aplicação para os testes foi o monitoramento de dispositivos de uma residência. Para a aplicação do projeto, o sistema deve estar dentro de uma área de abrangência de uma operadora de telefonia celular. Para cada tipo de teste é utilizada uma arquitetura específica e será mostrada a seguir, durante a apresentação dos resultados. 6.1 Testes e validação via HyperTerminal Nesta parte, serão apresentados os testes funcionais do modem, que foram feitos para validar o funcionamento já explicado no capítulo anterior. Os testes foram feitos através do programa do Windows (HyperTerminal) que é diretamente ligado ao computador através de uma serial sem comunicação com o microcontrolador. Para a realização do teste aqui divulgado, a porta serial foi configurada da seguinte forma (FIG.5.5): Baud rate: bits/s; 8 bits de dados; 1 bit de parada; Paridade nenhuma;

92 90 Controle de fluxo: Hardware. A seguir serão mostradas as telas do programa HP divulgando o resultado das simulações de envio e recebimento de dados. Figura 6 Resultado do envio de SMS. Fonte: Própria. Figura 6.1 Resultado do SMS recebido pelo o modem. Fonte: Própria. De acordo com a figura 6 e figura 6.1, os resultados obtidos foram satisfatórios, mostrando que a mensagem foi recebida pelo celular, e que o modem recebeu um SMS via internet. Portanto, o sistema torna-se válido.

93 Testes e validação utilizando o PIC Nesta etapa, serão apresentados os testes e simulações realizados no projeto utilizando o PIC16F877A como interface para a aquisição de dados. Para a realização do teste, a porta serial do modem e do PIC devem ter o mesmo padrão (FIG.6.2). A simulação do sistema proposto e a compilação do PIC foram feitas nos softwares Proteus 7.6 e no compilador CCS. Configuração do PIC16F877A e do modem GSM/GPRS de acordo com a porta serial: Figura 6.2 Configuração do PIC e modem com a porta serial. Fonte: Própria. Feita a configuração adequada, o sistema está pronto para realizar a aquisição de dados.

94 92 A seguir serão mostrados os resultados das simulações feitas via microcontrolador. Primeiro, o microcontrolador faz a configuração do modem testando a sua funcionalidade. Após isso, o mesmo manda o comando AT+CMGF=1 para configurar o modem no modo texto. Realizado todo este processo, o PIC manda uma sequência de comandos AT (AT+CMGD) deletando as mensagens correspondentes a posição informada no programa. Depois da configuração do modem, um switch referente ao sensor da sala foi acionado, desativando o sensor. Quando desativado, o modem envia uma mensagem ao celular avisando que o sensor está desativado. Na figura 6.3 mostra todo o processo descrito acima. O envio de mensagens de texto acontece quando os sensores forem ativados ou desativados. Figura 6.3 Processo de configuração e envio de SMS pelo modem. Fonte: Própria. A figura abaixo mostra a mensagem recebida pelo celular comprovando a eficiência do sistema proposto.

95 93 Figura 6.4 SMS enviada pelo modem. Fonte: Própria. A figura 6.5 demonstra a próxima etapa do projeto, na qual foi enviada uma mensagem de texto para o modem. Na tela da direita mostra os comandos utilizados para a configuração do modem. Já na tela da esquerda observa que o código +CMTI: SM, 7 informa que o modem recebeu uma SMS na posição 7 da memória do SIMCARD. Após a chegada da mensagem de texto, o PIC envia o comando AT+CMGR=7 ao modem para que ele possa ler a informação composta pela mensagem. Feito isso, uma sequência de informações são apresentadas, mostrando o número do celular e nome do usuário, a data e hora, e o principal, a informação Ligar Luz.

96 94 Figura 6.5 Informações lidas pelo PIC e modem. Fonte: Própria. De acordo com os resultados obtidos, o processo de recebimento de SMS pelo modem e leitura da mensagem de texto pelo microcontrolador é satisfatório, tornando o sistema válido.

97 95 7. CONCLUSÃO A domótica propõe uma quebra de paradigma nos costumes da sociedade atual, trazendo mais aconchego, flexibilidade, conforto e segurança para as residências, de modo que os usuários que utilizam a automação possam controlar remotamente luzes e equipamentos de sua casa, através de um computador ou telefone celular. Neste trabalho foram apresentadas as principais tecnologias usadas na rede privada e pública. Foi realizado também, um estudo sobre o modem GSM/GPRS e suas funcionalidades. O auge do trabalho foi o desenvolvimento do software de monitoramento e controle de sensores e equipamentos de uma residência. De acordo com o projeto, o modem GSM/GPRS tem a função de um telefone celular, onde ele tem a opção de ser configurado e programado, de acordo com a especificação do usuário. Assim, qualquer pessoa previamente cadastrada no SIMCARD pode realizar a monitoração e controle de sua residência, em qualquer parte do mundo a um custo relativamente baixo, desde que o usuário possua um celular com a tecnologia GSM. Segundo a arquitetura proposta no projeto, além do telefone celular do usuário, é necessário um celular servidor (modem GSM/GPRS) e um microcontrolador para realizar a captura dos dados dos sensores. Caso não queira usar o microcontrolador, o modem pode ser ligado diretamente, através de uma porta serial, a um computador, mas ele só executará os comandos AT s. E é através do celular do usuário que se pode enviar ou receber mensagens de texto e executar as ações desejadas e programadas. Em relação ao sistema desenvolvido, o software apresentou um ótimo desempenho, tanto para enviar as mensagens de texto para o modem quanto receber uma mensagem de texto de um celular correspondente.

98 Entretanto, fica como trabalho futuro, desenvolver outras partes do projeto e implementar outras funções, tais como: 96 Construir o hardware do projeto; Utilizar a tecnologia GPRS do modem ao invés da tecnologia GSM. Através da tecnologia GPRS é possível monitorar e controlar os dispositivos via internet, assim diminuindo o custo do projeto; Desenvolver um sistema supervisório e desenvolver um banco de dados; Implementar a plataforma JAVA para o modem; Aplicar o sistema em outras áreas: Monitoração de veículos, onde pode ser acoplado ao modem um sistema GPS. Monitoração de consumo de água e energia elétrica, monitorar temperatura, entre outras citadas no trabalho. Para finalizar, o projeto agrega bastante conhecimento teórico e prático, além da possibilidade de se aplicar em diferentes áreas já citadas no trabalho. O ponto principal do projeto se refere à aquisição de dados via telefone celular, que é uma proposta de aplicação nova e de baixo custo, independente da aplicação.

99 97 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARTHUR, R.; FIGUEIREDO, R.; NASCIMENTO, L. H. B. Projeto de um controlador de alarme de carro Via SMS. Dez BERNARDES, Luiz. H. C. Casa inteligente: Utilizando o celular como controle remoto II Revista Eletrônica Total, n. 102, p. 2 6, BOLZANI, Caio Augustus Morais. Residências inteligentes. São Paulo, 2004, Editora Física, 1º Edição. BUENO, Kássio Damaso. Controle de dispositivos utilizados em sistemas de automação predial via web f. Monografia (Trabalho de final de curso em Engenharia de Controle e Automação) - Escola de Minas -Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto CARVALHO, Vasco D. F. Estação móvel para medida da qualidade do ar f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores) Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, CANTÚ, E. Redes de computadores e internet. CEFET/SC São José, Praia Comprida: Santa Catarina, CANZIAN, E. Minicurso: Comunicação serial RS 232. CNZ Engenharia e informática Ltda. São Paulo. Disponível em:< Acesso em: 25 out CHAO, Ming. Configuração de módulo GPRS SIM300. Asm51.eng.br Brasil. Disponível em: <

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101 99 MEDEIROS, H. Casa do futuro. Revista Téchne. MESSIAS, Alan Fernandes. Edifícios inteligentes: A domótica aplicada à realidade brasileira f. Monografia (Trabalho de final de curso em Engenharia de Controle e Automação) - Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto MICROCHIP. PIC16F87XA. Datasheet Disponível em:< Acesso em: 3 nov MICROWATT. ZiGBee. Disponível: <http://www.microwatt.co.uk/services/wireless/>. Acesso em: 15 set OLIVEIRA, L. B.; SOARES, M. D.; FERNANDES, M. P,. Evolução dos celulares. Teleco, Disponível em: < Acesso em: 10 set PIMENTA, Breno P. Recurso rádio em GSM/GPRS: GSM. São José dos Campos, Disponível em: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialgprsaloc/pagina_2.asp>. Acesso em: 20 set PINTO, P. Taxa de transferência de 200Mbps em qualquer lugar. PeopleWare, Disponível em:<http://pplware.sapo.pt/high-tech/analise-kit-dlan-200-avsmartpowerline/>. Acesso em: 27 ago

102 100 SANTANA, Lucas Vago. O uso da internet e da comunicação sem fio via zigbee em sistemas embutidos f. Monografia (Trabalho de final de curso em Engenharia de Controle e Automação) - Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto SANTOS, Sérgio Torres dos. Redes de sensores sem fio em monitoramento e controle f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, SCHAFFER, Florian. Controle remoto por telefone celular. Revista Elektor P Editora Bolina Alemanha. SILVA, André Teixeira. Módulos de comunicação wireless para sensores f. Monografia (Trabalho final de curso em Engenharia Electrotécnica e de Computadores) Universidade do Porto, Porto, SILVA, L. Nunes. Serviços SMS II: Envio da localização física do celular, São José dos Campos, Teleco, abr Disponível em:< Acesso em: 18 out SIMCOM. SIM340. Hardware specification SIMCOM. SIM340 AT Command Set. Software specification SOARES, Marilson D. EDGE. Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, nov Disponível em: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialedge/default.asp>. Acesso em: 12 set

103 101 SOUZA, David José. Desbravando o PIC. Editora Érica, SOUZA, J.L; TUDE, E. Telefonia celular no Brasil. Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, jan Disponível em:< Acesso em: 11 set SVERZU, J. U. Redes GSM, GPRS, EDGAE e UTMS: Evolução a caminho da terceira geração (3G). 2005, São Paulo, Editora Érica, 1 ed. TUDE, Eduardo. CDMA (IS-95). Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, abr Disponível em:< Acesso em: 11 set TUDE, Eduardo. AMPS/TDMA (IS-136). Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, abr Disponível em:< Acesso em: 20 set TUDE, Eduardo. GSM. Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, abr Disponível em: < Acesso em: 15 set TUDE, Eduardo. GPRS. Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, nov Disponível em: < Acesso em: 16 set TUDE, Eduardo. Bluetooth. Tutorial em telefonia celular, São José dos Campos, Teleco, out Disponível em: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialblue/default.asp>. Acesso em: 20 set

104 102 VOGELS, Arthur. Controlador para automação doméstica. Revista Elektor p , set Disponível em:< Acesso em: 17 mai

105 103 ANEXOS ANEXO A SOFTWARE DE CONFIGURAÇÃO DO PIC E MODEM. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //// UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP ///// //// ESCOLA DE MINAS - EM ///// //// COLEGIADO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO ///// //// ///// //// TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO - TCC ///// //// RICARDO ANTONIO SILVA DO SANTOS ///// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include <16F877A.H> // arquivo de definições do microcontrolador usado //Configura conversor A/D de 10 bits #device adc=10 #fuses HS,NOWDT,PUT,NOBROWNOUT,NOLVP // bits de configuração #use delay(clock= ) // informa ao sistema o frequência de clock, para temporização #use rs232(baud=19200,xmit=pin_c6,rcv=pin_c7,stop=1,parity=n) #priority rda,rb,timer1

106 104 ANEXO B PROGRAMA DO PIC16F877A ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //// UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP ///// //// ESCOLA DE MINAS - EM //// ////COLEGIADO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO ///// //// //// //// TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO - TCC ///// //// RICARDO ANTONIO SILVA DO SANTOS ///// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include "main.h" #use fast_io(a) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(d) #use fast_io(e) #byte porta = 0x05 #byte portb = 0x06 #byte portc = 0x07 #byte portd = 0x08 #byte porte = 0x09 //Saídas Digitais #bit led_pgr = porta.0 #bit porta_garagem = portd.0 #bit bomba_piscina = portd.1 #bit sistema_errigacao = portd.2 #bit luz_externa = portd.3 #bit banheira = portd.4 #bit alarme = portd.5 #bit arcondicionado = portd.6 #bit cafeteira = portd.7 //Entradas Digitais // Definições de Hardware // #byte DISPLAY=PORTD // Programa principal //Variáveis static int sensor_temp; struct casa_saida { int porta_garagem:1; int bomba_piscina:1;

107 105 int sistema_errigacao:1; int luz_externa:1; int banheira:1; int alarme:1; int arcondicionado:1; int cafeteira; }; struct casa_sensores { int sem_uso:4; int s_presenca_sala:1; int s_presenca_garagem:1; int s_presenca_entrada:1; int sensor_chuva:1; }; union union_saida { int port; struct casa_saida c_saida; } saidas; union union_entrada { int sensores; struct casa_sensores sensor; }entradas; /* #int_rda void get_msg() { char buffer[20]; gets(buffer); printf("at+cmgr=7\r"); }*/ #int_rb void trata() { //int sensores; //Porta dos sensores é a portb sensor_temp = entradas.sensores & 0b ; //Lê sensores e armazena em variável temporaria entradas.sensores=portb & 0b ; switch(entradas.sensores ^ sensor_temp) //Verifica qual sensor foi alterado { case 0b :

108 if (entradas.sensor.s_presenca_sala) { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da sala ativado"); putc(0x1a); //Control Z } else { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da sala desativado"); putc(0x1a); //Control Z } break; case 0b : if (entradas.sensor.s_presenca_garagem) { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da garagem ativado"); putc(0x1a); //Control Z } else { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da garagem desativado"); putc(0x1a); //Control Z } break; case 0b : if (entradas.sensor.s_presenca_entrada) { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da entrada ativado"); putc(0x1a); //Control Z } else { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("sensor da entrada desativado"); putc(0x1a); //Control Z } break; case 0b : if (entradas.sensor.sensor_chuva) { printf("at+cmgs=\" \"\n\r"); printf("começou a chover"); putc(0x1a); //Control Z } else { 106

109 107 } } printf("at+cmgs=\"\"\n\r"); printf("parou de chover"); putc(0x1a); //Control Z } #int_timer1 void trata_t1 () { static boolean led; static int conta; //pisca=!pisca; set_timer1(50000); conta++; if (conta == 5) { conta = 0; led =!led; led_pgr = led; } } #int_rda void trata_rda() { int i,msg; static char buffer_rec[50]; gets(buffer_rec); //printf("dados recebidos: %s\n\r",buffer_rec); //Comentar aqui quando for ligar no modem, é so colocar duas barras \\ msg=0; for(i=0;i<50;i++) { if(buffer_rec[i]==',') { buffer_rec[i]=' '; i++; if(buffer_rec[i]>47 && buffer_rec[i]<58) msg = buffer_rec[i]-48; //Converte ASCII para um inteiro else { //printf("nao e um numero"); //Comentar aqui quando for ligar no modem, é so colocar duas barras \\ break; }

110 i++; //Verifica se o segundo caracter é um digito entre 0 e 9 if(buffer_rec[i]>47 && buffer_rec[i]<58) msg = msg*10 + (buffer_rec[i]-48); //printf("numero = %u\n\r",msg); //Comentar aqui quando for ligar no modem, é so colocar duas barras \\ printf("at+cmgr=%u\r",msg); break; } } // gets(buffer_rec); // for(i=0;i<50;i++) // { // buffer_rec[i]=' '; // } } void main (void) { static int i; //char buffer[50]; //Configurações //setup_adc_ports (RA0_analog); //setup_adc(adc_clock_internal); setup_timer_1(t1_internal T1_DIV_BY_8); set_timer1(3036); set_tris_a(0b ); //Configura entradas set_tris_b(0b ); //set_tris_c(0b ); //Configura saidas set_tris_d(0b ); set_tris_e(0b ); //set_adc_channel(0); //Limpa portas portd=0x00; // limpa portd //Inicializações enable_interrupts (int_timer1); enable_interrupts (int_rb); enable_interrupts (int_rda); enable_interrupts (global); //Saídas saidas.port=0b ; //printf("prnl\n\r"); //Configura modem SMS printf("at\r"); //for(i=0;i<100;) //delay_ms(40); printf("at+cmgf=1\r"); //delay_ms(40); 108

111 109 printf("at+cmgd=7\r"); //delay_ms(40); printf("at+cmgd=10\r"); entradas.sensores=portb & 0b ; i=0; while(true){ } } //if(kbhit()){ //buffer[i]= getc(); //if(buffer[i]=='7') { // printf("msg LIDA:%s",buffer); //i=-1; //delay_ms(200); //printf("at+cmgr=7\r"); } //i++; //}

112 110 ANEXO C CIRCUITO DESENVOLVIDO Figura A.1 Diagrama elétrico do sistema. Fonte: Própria.

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