SISTEMA DE RASTREAMENTO COM CAPTAÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS

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1 SISTEMA DE RASTREAMENTO COM CAPTAÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS Gustavo Carlos da Silva 1, Mariana M. S. Mendonça 2, Alessandro Corrêa Mendes 3 1 PROBES Pesquisa e Desenvolvimento LTDA, [email protected] 2, 3 Universidade do Vale do Paraíba Resumo O sistema de posicionamento global (GPS) e sistemas de rastreamento em tempo real através da tecnologia GPRS, são amplamente utilizados em diferentes tipos de aplicações, desde sistemas comerciais para navegação em veículos até dispositivos de uso pessoal como os smartphones. Embora esteja presente no cotidiano das pessoas, para determinadas aplicações é necessário a adição de informações para fins específicos como estudos científicos. Dessa maneira, este artigo propõe o desenvolvimento de um sistema de rastreamento que adiciona à funcionalidade de canais de comunicação que possibilitam a inserção de informações de acordo com cada necessidade. No desenvolvimento foram utilizados componentes de baixo custo e um microcontrolador com bom poder de processamento. O sistema proposto foi testado adicionando sensores a uma handbike de competição com o acompanhamento remoto. A utilização do sistema se mostrou eficaz em seu propósito podendo ser utilizado em diferentes tipos de aplicações que necessitem aquisição de dados combinado com rastreamento por GPS. Palavras-chave: GPS, rastreamento, aquisição de dados. Área do Conhecimento: Engenharia da Computação. Introdução A obtenção de dados em tempo real esta fortemente inserida no cotidiano das pessoas, como por exemplo o acompanhamento de notícias e esportes entre outros. Informações georreferenciadas são caracterizadas basicamente por conter uma dimensão física e a localização espacial onde esta informação foi obtida (ARONOFF et al., 1989), esse tipo de informação é amplamente utilizado nos dias atuais nas mais diversas áreas do conhecimento como serviços web baseados em localização, imagens georreferenciadas obtidas por smartphones e obtenção de localização e informações de veículos em movimento e em tempo real. Com uma gama enorme de produtos comerciais que fazem uso de GPS e transmissão de informações em tempo real, não se encontra no mercado um dispositivo de uso geral em que o usuário do sistema defina quais serão as informações a serem transmitidas, como, por exemplo, em estudos acadêmicos onde se deseje realizar avaliações de dados específicos baseando-se em sua respectiva localização. Tendo isto em vista, neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um sistema que possibilite o georreferenciamento e transmissão de dados com o oferecimento de canais de entrada de dados de acordo com as necessidades do usuário. Metodologia No desenvolvimento do trabalho foi necessária a definição dos componentes de hardware que seriam utilizados, de acordo com as características do projeto, era necessária a escolha de um processador de baixo custo, bom poder de processamento e com considerável número de interfaces de entrada e saída de dados. Com base em pesquisas das plataformas microcontroladas disponíveis no mercado, decidiu-se pela plataforma LaunchPad Tiva da Texas Instruments, que vem equipada com um microcontrolador TM4C123GH6PM com as seguintes características: núcleo ARM Cortex M4F, velocidade de clock de até 80MHz, 256 KB de memória FLASH, 32 KB de memória RAM, 1

2 periféricos de comunicação digital (CAN, I2C, SSI, UART, USB), 12 canais analógicos (AD) e 43 GPIOs (TEXAS INSTUMENTS et al., 2014). A placa escolhida pode ser visualizada na Figura 1. Figura 1 Kit de desenvolvimento utilizado. Para a transmissão de dados, é necessária a utilização de um dispositivo que forneça uma interface de acesso à internet, para essa finalidade foi escolhido o módulo GPRS(General Packet Radio Service) Telit G30, que basicamente fornece acesso as redes de telefonia celular. O módulo GPRS se comunica com o microcontrolador por uma interface de comunicação serial (UART) através de comandos AT (TELIT et al., 2012) definidos na documentação fornecida pelo fabricante. O módulo utilizado no desenvolvimento é demonstrado na Figura 2. Figura 2 Módulo GPRS. Na obtenção da localização, faz-se necessária a utilização de um módulo GPS (Global Positioning System), o modelo escolhido foi o ublox NEO-06 que também se comunica com o microcontrolador através de uma interface serial (UART) implementando o protocolo NMEA 0183 que é a especificação padrão a ser utilizada em dispositivos utilizados em navegação (NMEA et al., 2000). O módulo utilizado pode ser visto na Figura 3. Figura 3 Módulo GPS. 2

3 Além dos componentes de hardware envolvidos, foi desenvolvido um software responsável pela aquisição de dados enviados pelo dispositivo remoto. O software foi desenvolvido a linguagem de programação C# (C Sharp) no ambiente de desenvolvimento Visual Studio. Basicamente é um servidor TCP que aguarda requisições de conexão em uma porta especifica, para esta aplicação se utilizou a porta 8000, uma vez que o dispositivo remoto realiza a conexão o software entra em estado de recepção de dados, a cada pacote de dados recebido é realizada a verificação de pacote por meio de um checksum e estando correto as informações podem ser exibidas. O programa possui em sua interface gráfica um mapa que mostra a localização de cada dado recebido bem como janelas laterais com informações dos últimos dados recebidos. A interface do programa pode ser visualizada na Figura 4. Figura 4 Interface programa. Na Figura 5 pode-se visualizar um diagrama de blocos que demonstra a forma de integração entre as partes que compõe o sistema. Figura 5 Diagrama de blocos do sistema. 3

4 No sistema proposto que foi integrado a uma handbike de competição, a entrada de dados está configurada para adquirir dados de RPM, velocidade e aceleração de sensores magnéticos instalados na handbike, aquisição de dados referentes aos batimentos cardíacos do atleta provenientes de uma cinta POLAR modelo T31 e valores de temperatura de um sensor LM35. Nota-se que para cada medida utilizou-se diferentes periféricos do microcontrolador, como conversor AD e Timer. Após a aquisição dos dados, estes são empacotados em um pacote pré-definido com o caractere '$' de inicialização e o caractere '!' finalizando o pacote, cada pacote possui um byte de checksum para validação no receptor. Resultados Com a integração das partes que compõe o sistema, foi colocada em uma caixa de prototipagem para a instalação na handbike e realização dos testes, a forma como o sistema foi instalado pode ser visualizada na Figura 6. Figura 6 Sistema instalado na handbike. Os primeiros testes consistiram basicamente na comunicação com o GPS e a validação da posição medida em comparação com a posição real, como o módulo GPS obtém dados de satélites, quanto maior for o número de satélites melhor é a resposta da localização, percebeu-se que a partir de 7 satélites a posição medida é compatível com a real, abaixo disso o erro na posição medida varia de centenas a milhares de metros, isso demonstra que com menos de 7 satélites não se deve confiar nos valores medidos pelo módulo GPS. Na comunicação com o módulo GPRS, é necessário a utilização de comandos AT específicos para o registro na rede de telefonia celular, para se obter acesso a rede de dados é necessário o registro na APN (Access Point Network) correspondente a operadora que está sendo utilizada. Uma vez o módulo registrado na APN é possível a realização de conexões TCP ou UDP, com isso se realizou a inicialização do programa servidor conectado a um IP real para se fazer a conexão entre o hardware e o software. Os primeiros testes consistiram basicamente na transmissão de strings para validação da comunicação. Com o sistema GPS e GPRS testados e funcionando, foram habilitadas as outras partes do sistema e a comprovação do seu funcionamento, atendendo ao propósito do trabalho. Na Figura 7 pode-se visualizar um trajeto realizado pelo atleta entre os bairros Jardim das Indústrias e Urbanova na cidade de São José dos Campos SP. 4

5 Figura 7 Trajeto de teste. Discussão Com os resultados obtidos pode-se notar a importância da checagem do número de satélites sendo utilizados na aferição da localização, pois com um número pequeno de satélites as informações obtidas não coincidem com a real posição. Para se obter acesso a rede de dados de telefonia celular, assim como nos smartphones, é necessário que se tenha um chip com plano de dados, para estar apto a conexão. Nos testes realizados não se obteve problemas com perdas de sinal da operadora, devido aos testes terem sido realizados majoritariamente em área urbana. Conclusão O sistema desenvolvido atende a proposta do trabalho de oferecer um sistema de transferências de dados com a adição do georreferenciamento com um hardware de baixo custo que pode ser customizado de acordo com cada necessidade. Em aplicações que necessitem da localização onde o dado é obtido, a modificação do sistema é aberta e de fácil modificação, possibilitando assim o enriquecimento das informações obtidas. Referências ARONOFF, S. Geographical Information Systems: A Management Perspective. Ottawa, WDI Publications, TEXAS INSTRUMENTS. Datasheet: Tiva TM4C123GH6PM microcontoller. Electronic Publication, TELIT. Datasheet: G30 AT Commands Reference Guide. Electronic Publication,

6 NATIONAL MARINE ELETRONICS ASSOCIATION. NMEA 0183 Standard for Interfacing Marine Electronics Devices,