CEFET/RJ UnED Petrópolis

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1 CEFET/RJ UnED Petrópolis Relatório de Estágio Supervisionado Empresa: CEFET/RJ UnED Petrópolis Curso: Técnico em Telecomunicações/TV Digital Estagiária: Dayana Kelly Turquetti de Moraes Telefones: (24) /(24) Petrópolis, de de.

2 Dayana Kelly Turquetti de Moraes Relatório referente às atividades exercidas no trabalho voluntário para estágio de 400 horas, supervisionado, realizado no CEFET/RJ UnED Petrópolis, no período de fevereiro a agosto de Supervisor: Professor Felipe da Rocha Henriques Curso Técnico em Telecomunicações/ TV Digital CEFET Dezembro de 2011

3 RESUMO O texto do referido relatório descreve as principais atividades realizadas e desenvolvidas no período de fevereiro a agosto de 2011, fazendo-se cumprir as 400 horas de estágio obrigatório. Tais atividades se referiram ao estudo da tecnologia de rede sem fio ZigBee e o desenvolvimento de Redes de Sensores Sem Fio. Essas atividades foram desenvolvidas sob supervisão do professor Felipe da Rocha Henriques, na UnED Petrópolis do CEFET/RJ.

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ESTÁGIO NA UnED PETRÓPOLIS CEFET/RJ Atividades Tecnologia ZigBee e Aplicações Dispositivos utilizados Ferramentas oferecidas pelo software Medições de Campo Cenário I Cenário II Cenário III...10 visada direta...10 com obstáculos...10 indoor Segunda fase de testes Quanto à adaptação Quanto às atividades gerais CONCLUSÃO...13 BIBLIOGRAFIA...14 ANEXOS...15

5 IDENTIFICAÇÃO Da Empresa Empresa: CEFET/RJ UnED Petrópolis Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Foseca CNPJ: / Endereço: Rua do Imperador, 971 Centro Petrópolis RJ CEP: Tel.: (24) Da Aluna Nome: Dayana Kelly Turquetti de Moraes Curso: Técnico em Telecomunicações/ TV Digital Matrícula: TELP Local do Estágio: CEFET UnED Petrópolis Data de início: Fevereiro de 2011 Data de término: Agosto de 2011

6 2. Área de atuação No estágio, estudou-se a tecnologia ZigBee, um padrão de rede sem fio que trabalha com baixas taxas de transmissão, até 250 Kbps, operando, no Brasil, na faixa de frequência não licenciada de 2,4 Ghz. As atividades desenvolvidas e aqui relatadas relacionaram-se à aplicações da tecnologia supracitada, principalmente nas áreas de automação e sensoreamento. Objetivos do Estágio Como objetivo do Estágio Supervisionado, tem-se a aplicação dos conhecimentos teóricos adquiridos ao longo do curso Técnico, tendo como focos principais as áreas de redes sem fio e comunicações. Mais especificamente, o trabalho desenvolvido durante o estágio está relacionado com o projeto LEZig, que trata da implantação de um laboratório de estudo e desenvolvimento de redes ZigBee.

7 1. Introdução Com a exploração dos recursos oferecidos pela tecnologia ZigBee, surgiu a ideia de um projeto, o LEZig (Laboratório de Estudos e desenvolvimento em redes ZigBee) que objetivou a implementação de um laboratório automatizado para o desenvolvimento de redes ZigBee. Nesse projeto, são utilizados dispositivos XBEE, módulos de comunicação sem fio que usam o padrão ZigBEE. Esse laboratório situa-se no prédio da UnED Petrópolis do CEFET/RJ. Inicialmente, um estudo foi realizado sobre o padrão de rede sem fio a ser usado. Após essa primeira fase de levantamento bibliográfico, iniciou-se uma etapa prática, composta pela implementação de redes ZigBee; configuração dos módulos; geração, transmissão e recepção de pacotes através de comunicação sem fio; e uso de roteamento para expandir a área de cobertura da rede. Por fim, uma aplicação de sensoreamento e automação foi proposta, usando sensores de luminosidade em conjunto com a rede.

8 2. ESTÁGIO NA UnED PETRÓPOLIS CEFET/RJ 2.1- Atividades Tecnologia ZigBee e Aplicações As atividades do estágio foram baseadas na tecnologia ZigBee, padronizada por uma aliança de empresas, chamada ZigBee Alliance e pelo grupo do IEEE. Do ponto de vista de redes, o IEEE responsabilizou-se pelo desenvolvimento das camadas Física e de Enlace, e a aliança desenvolveu da camada de Rede à camada de Aplicação. Durante o desenvolvimento do padrão, algumas pesquisas foram feitas e constatou-se uma vasta área de atuação. Como exemplo, podemos citar as áreas, tais como: médica, com o monitoramento remoto de sinais biométricos de pacientes; militar, com o monitoramento de tropas inimigas; monitoramento de florestas e animais; automação residencial e industrial. Como nesse estágio, foram desenvolvidas aplicações voltadas para automação, principalmente, vale ressaltar que com o uso de redes ZigBee, pode-se controlar praticamente tudo remotamente, desde o horário de abertura das janelas até o controle da temperatura ambiente, em residências, com o acionamento automatizado de condicionadores de ar, por exemplo. Uma das vantagens dessa tecnologia, é o baixo consumo de energia, um dos principais prérequisitos vislumbrados em seu desenvolvimento. Com todos os recursos fornecidos pelo ZigBee surgiu a ideia de se implantar o Laboratório de Estudos e desenvolvimento de redes ZigBee (LEZig), com o intuito de motivar os alunos a desenvolverem, na prática, conteúdos abordados em sala de aula Dispositivos utilizados As atividades abaixo descritas foram realizadas e desenvolvidas com o auxílio de módulos XBEE e do software X-CTU, ambos do fabricante DIGI. Um exemplo de módulo XBEE pode ser visto no Anexo I. Num segundo momento, utilizamos um sensor de luminosidade, um temporizador 555 e um microcontrolador Pic16F628 para a implementação de um circuito eletrônico de sensoreamento de luminosidade.

9 Ferramentas oferecidas pelo software Há dois possíveis modos de comando no X-CTU: API e AT, sendo que este último foi o utilizado para a realização dos testes. Com os comandos do modo de comunicação AT, houve a possibilidade de endereçar, configurar e ler parâmetros provenientes dos módulos, necessários à realização dos testes pelo prédio da UnED Petrópolis CEFET/RJ. Com o software, foi possível configurar os módulos de duas formas: através da aba terminal ou da aba modem configuration. Na aba terminal, conforme visto no Anexo II, pode-se digitar comandos para procurar dispositivos na rede, verificar alguns parâmetros de rede, entre outros. Já na aba modem configuration os módulos configuravam-se automaticamente, apenas deve-se informar a identificação da rede em que um dado dispositivo irá se associar. O Anexo III apresenta uma foto exemplificando a aba em questão. Os comandos utilizados, bem como suas funções, podem ser visualizados na Tabela de Comandos AT (vide em Anexo IV) Medições de Campo Utilizando-se dos materiais descritos anteriormente, testes de transmissão e recepção fizeram-se necessários, como forma de verificar: a viabilidade de se implementar uma rede ZigBee no CEFET; alcance dos rádios com e sem obstáculos e a possibilidade de aumentar o alcance com roteamento foram analisados. Para isso, três cenários foram selecionados Cenário I Corredor do segundo andar do prédio principal da UnED Petrópolis - CEFET/RJ A comunicação foi realizada em visada direta. Nesse tipo de comunicação, os dispositivos transmissor e receptor estão dentro da mesma área de alcance. Nesse cenário, foi verificou-se a potência do sinal e a porcentagem de pacotes perdidos, em função da variação da distância, entre 4 e 32 metros. Foi observado que a potência do sinal apresentou uma pequena queda, mas não influenciou na entrega de pacotes. Com 28 metros, somente poucos pacotes foram perdidos (vide em Anexo V). 9

10 Cenário II Terceiro andar do prédio principal d a UnED Petrópolis - CEFET/RJ Nesse cenário, em que há obstáculos entre transmissor e receptor, como paredes, pode-se observar no Anexo VI uma maior perda de pacotes e perda de potência de transmissão, como já era de se esperar. Contudo, para distâncias em torno de 10 metros, quase todos os pacotes foram entregues corretamente ao destino, mesmo com 20% da potência. Espera-se melhorar esses resultados com a utilização de roteadores, de modo a se estender a área de cobertura da rede e também mitigar os efeitos dos obstáculos Cenário III Transmissão do terceiro para o primeiro andar do prédio principal da UnED Petrópolis CEFET/RJ Nesse último cenário foram testadas três situações: visada direta Nesse teste, verificou-se 100% de aproveitamento em relação à taxa de entrega de pacotes e um nível de potência de -83 dbm, o que pode ser visto no Anexo VII. com obstáculos Esse teste foi realizado realizando-se transmissões da garagem da UnED para uma das salas do terceiro andar. Obteve 93,3% de pacotes entregues e a potência obtida foi de -78 dbm. Tais resultados são apresentados no Anexo VIII. indoor Esse experimento foi realizado transmitindo-se pacotes de uma sala no primeiro andar para uma outra no terceiro andar, e obteve-se 53,3% de taxa de entrega, com uma potência de -92 dbm (vide em Anexo IX). Finalizada a primeira fase de testes, os resultados obtidos foram comparados e verificou-se a viabilidade de implementação da tecnologia no prédio já que, para distâncias não muito grandes, obteve-se taxas de entrega de pacotes não muito baixas, até de 93% Segunda fase de testes Após concluir as medições de campo, uma nova fase de testes foi realizada com a utilização de um sensor de luminosidade em conjunto com os módulos XBEE para a recepção e transmissão de dados reais, coletados do ambiente em questão. 10

11 Primeiramente, foi feito um esquema do circuito (vide em anexo X), a ser montado no protoboard, uma espécie de matriz de contatos para montagem e suporte de protótipos. A ideia do circuito é de usar o sensor de luminosidade, captando informações analógicas do ambiente. Esse sensor está ligado a um temporizador 555, que irá converter os sinais analógicos em pulsos, que serão transmitidos a um microcontrolador para a codificação dos sinais. Os microcontrolador transmite os bits gerados para a porta serial do módulo XBEE, que transmite via rádio para o receptor. Após a montagem do circuito, testou-se a interação dos dispositivos na coleta de informações do ambiente. A resposta era dada através de um LED conectado à saída do circuito, assim, conforme submetíamos o sensor à determinada intensidade de luz, o LED oscilava de maneira diferente. Em um primeiro momento, quando a intensidade de luz era máxima, o LED permanecia apagado (nível lógico 0); posteriormente, quanto a intensidade de luz era mínima, o LED acendia (nível lógico 1). O material utilizado pode ser visualizado na tabela de materiais (vide em Anexo XI). Nesta etapa do projeto, apenas conseguiu-se implementar a captura dos sinais de luminosidade. Não houve tempo suficiente para a finalização da conversão analógico/digital e da transmissão e recepção desses sinais com os módulos, deixando essa parte para outros alunos a serem inseridos no projeto LEZig Quanto à adaptação Quando o desenvolvimento do projeto LEZig foi proposto, havia o material para ser utilizado, mas faltava o conhecimento de funções específicas desse material, no caso os módulos XBEE. A princípio, não se sabia como endereçar ou comandar os módulos para que executassem suas funções. Foi necessário um estudo prático de tais funções, como os comandos AT, por exemplo, para a realização dos primeiros testes. Posteriormente, na segunda fase de testes com os sensores de luminosidade em conjunto aos módulos XBEE, os conhecimentos da área de eletrônica adquiridos ao longo do curso, foram de extrema importância, principalmente na implementação do circuito de captação de luminosidade. 11

12 2.3- Quanto às atividades gerais Todas as atividades realizadas estiveram voltadas à montagem de um laboratório automatizado na UnED Petrópolis CEFET/RJ. Para tal finalidade foram explorados os recursos oferecidos pela tecnologia ZigBee, com foco principal na área de automação. Desse modo, testes para verificação da viabilidade de transmissão de pacotes entre os módulos, dentro da UnED foram essenciais. Além disso, com a comprovação e registro da possibilidade de comunicação remota, partiu-se para uma segunda etapa de testes para captura de informações em uma aplicação específica. 12

13 3- Conclusão A realização das atividades propostas no estágio possibilitou uma maior interação entre teoria e prática, além de ter promovido maior busca por informações que pudessem solucionar determinados problemas técnicos encontrados. Pode-se concluir, com os resultados obtidos, que é viável a implementação de redes ZigBee na UnED Petrópolis, já que mesmo em ambientes com obstáculos, é possível a comunicação entre dispositivos. Petrópolis, de de. assinatura 13

14 BIBLIOGRAFIA Rogercom www. rogercom.com.br _ acesso em 10/10/2011, às 20h; Blog LEZig projeto.lezig.blogspot.com _ acesso em 17/10/2011, às 10h. CAPRILE, S. R., Xbee Desarollo de aplicaciones con comunicación remota baseadas en módulos ZigBee y , Editora Albacore,

15 Anexos Anexo I. Exemplo de um módulo XBEE. Módulo XBEE Anexo II. Aba terminal do software X-CTU. Aba terminal 15

16 Anexo III. Aba modem configuration do software X-CTU. Aba modem configuration 16

17 Anexo IV. Tabela de comandos do modo AT Anexo V. Resultados referentes ao Cenário I Medições de campo _ Cenário I 17

18 Anexo VI. Resultados referentes ao Cenário II Medições de campo _ Cenário II Anexo VII. Resultados referentes ao Cenário III visada direta Teste de alcance e taxa de entrega de pacotes entregues com visada direta. 18

19 Anexo VIII. Resultados referentes ao Cenário III com obstáculos Teste de alcance e taxa de entrega de pacotes entregues com obstáculos. 19

20 Anexo IX. Resultados referentes ao Cenário III indoor Teste de alcance e taxa de entrega de pacotes entregues indoor. Anexo X. Circuito referente a aplicação de sensor de luminosidade Circuito sensor de luminosidade. 20

21 Anexo XI. Tabela de materiais 21