UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA JULIANA PADILHA LEITZKE SISTEMA EMBARCADO PARA USO EM MONITOR DE PRECIPITAÇÃO A LASER Curitiba 2011

JULIANA PADILHA LEITZKE SISTEMA EMBARCADO PARA USO EM MONITOR DE PRECIPITAÇÃO A LASER Trabalho de conclusão de curso de Engenharia Elétrica, Departamento de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientadora: Prof. Dra. Giselle Lopes Ferrari Ronque Curitiba 2011

JULIANA PADILHA LEITZKE SISTEMA EMBARCADO PARA USO EM MONITOR DE PRECIPITAÇÃO A LASER Trabalho apresentado ao curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Paraná, como requisito à obtenção do título de graduação. COMISSÃO EXAMINADORA PROF. DRA. GISELLE LOPES FERRARI RONQUE UFPR PROF. DR. ALESSANDRO ZIMMER UFPR PROF. Ph.D. ANDRÉ AUGUSTO MARIANO UFPR Curitiba 2011

AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus pela possibilidade de desenvolver esse trabalho e pela determinação necessária para concluir o curso de graduação. À minha família pelo apoio durante essa etapa da minha vida. Aos professores que prestaram auxílio durante esse desenvolvimento. Ao Instituto Tecnológico SIMEPAR e seus funcionários, por terem possibilitado minha participação em um de seus projetos.

RESUMO Existe a necessidade no SIMEPAR de tornar o sistema de aquisição e transmissão de dados de monitores de precipitação a laser em um equipamento autônomo, sem a necessidade de computadores ligados diretamente ao sensor via cabo. Por isso foi necessária a elaboração de um firmware em Java para uso em um sistema embarcado para coleta remota de dados de um monitor de precipitação a laser da Thies Clima utilizando o módulo GPRS TC65 da Siemens. Também foi feito o desenvolvimento de um software complementar para apresentação gráfica dos dados. Esse projeto irá colaborar para pesquisas meteorológicas desenvolvidas no SIMEPAR. Palavras-chave: sistema embarcado, Java 2 ME, GPRS.

ABSTRACT There is a need in SIMEPAR to create a system of data acquisition and transmission of laser monitors rainfall in a stand-alone device, without the need of computers directly connected to the sensor cable. So it was necessary to create a Java firmware for use in an embedded system for remote collection of data from a Thies Clima laser precipitation monitor using Siemens TC65 GPRS module. It was also developed a complementary software for graphical presentation of the data. This project will contribute to weather research carried out in SIMEPAR. Keywords: embbeded system, Java 2 ME, GPRS.

LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Laser do disdrômetro.. 15 Figura 2 - Disdrômetro Thies Clima..16 Figura 3 - TC65..17 Figura 4 - Vista frontal e posterior do terminal...18 Figura 5 - Sistema completo..22 Figura 6 - Diagrama de classes do firmware..23 Figura 7 - Interfaces 27 Figura 8 - Local da instalação. 28 Figura 9 - Nivelamento do disdrômetro..28 Figura 10 - Caixa com os equipamentos de transmissão. 29 Figura 11 - Sistema instalado. 29 Figura 12 - Janela inicial. 30 Figura 13 - Janela com histograma..31 Figura 14 - Janela informativa de ausência de chuva..31 Figura 15 - Dados estatísticos. 31 Figura 16 - Tabela do banco de dados...32 Figura 17 - Fluxograma do software..35

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Modos de operação..... 19 Tabela 2 Classes de diâmetro.... 31

LISTA DE SIGLAS Capes DC DSP FTP GPRS GPS GSM HTTP IP Laser M2M SIM SIMEPAR SMS SMTP TCP TDMA UDP WWW Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Direct Current Digital Signal Processor File Transfer Protocol General Packet Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile Hypertext Transfer Protocol Internet Protocol Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Machine-to-Machine Subscriber Identity Module Sistema Meteorológico do Paraná Short Message Service Simple Mail Transfer Protocol Transmission Control Protocol Time Division Multiple Access User Datagram Protocol World Wide Web

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 12 1.1 JUSTIFICATIVA... 12 1.2 OBJETIVO... 13 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA... 15 2.1 MONITOR DE PRECIPITAÇÃO A LASER... 15 2.2 SISTEMA EMBARCADO... 17 2.2.1 Estudo dos Comandos Disponíveis... 19 2.2.1.1 AT^SICS... 20 2.2.1.2 AT^SISS... 20 2.2.1.3 AT^SISW... 21 2.2.1.4 AT^SISR... 21 2.2.1.5 AT^SJRA... 21 3 DESENVOLVIMENTO... 22 3.1 PROGRAMAÇÃO DO TERMINAL... 22 3.1.1 Classe Inicial... 23 3.1.2 Classe de Comunicação Serial... 24 3.1.3 Classe Auxiliar... 24 3.1.4 Classe de Tratamento de Dados... 24 3.1.5 Classe de Comunicação FTP... 25 3.1.6 Classe de Monitoração de Memória... 25 3.1.7 Classe para Ajuste de Hora e Data... 25 3.1.8 Classe de Monitoração do Sistema... 26 3.2 INSTALAÇÃO... 26 3.3 SOFTWARE... 30 3.3.1 Tela Inicial... 30 3.3.2 Banco de Dados... 32 3.3.3 Histograma... 32 3.3.4 Dados Estatísticos... 33 3.3.5 Classes... 34 3.3.5.1 Classe Inicial... 36 3.3.5.2 Classe de Geração de Janela... 36 3.3.5.3 Classe de Tratamento de Dados... 36 3.3.5.4 Classe do Banco de Dados... 36

3.3.5.5 Classe de Geração do Gráfico... 37 3.3.5.6 Classe de Conexão FTP... 37 4 RESULTADOS... 38 4.1 TESTES INICIAIS... 38 4.2 TESTES INTERMEDIÁRIOS... 38 4.3 TESTES FINAIS... 39 5 CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS... 40 REFERÊNCIAS... 41

12 1 INTRODUÇÃO O Instituto Tecnológico SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná) tem por finalidade consolidar uma infra-estrutura física e humana para o provimento de informações (dados e previsões) de natureza meteorológica, hidrológica e ambiental. Além disso, vem atuando na concepção, desenvolvimento e execução de atividades ligadas à pesquisa científica e tecnológica bem como junto à formação e capacitação de pessoal. Existe a necessidade no SIMEPAR de tornar o sistema de aquisição e transmissão de dados em um equipamento autônomo, sem a necessidade de computadores ligados diretamente ao sensor via cabo. O SIMEPAR utiliza módulos GPRS (General Packet Radio Service) TC65 da Siemens para a transmissão de dados de estações meteorológicas e é necessário produzir um sistema embarcado para uso em um dos sensores, o monitor de precipitação a laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), também chamado de disdrômetro. Esse sistema embarcado deve realizar as funções de receber os dados do disdrômetro pela porta serial, tratar os dados e enviá-los por FTP (File transfer Protocol) para o servidor do SIMEPAR. Será criada pelo SIMEPAR uma rede de disdrômetros pelo Estado do Paraná para a aquisição de dados de intensidade de chuva fornecidos pelo disdrômetro, que servirá para ajustar a refletividade do radar meteorológico em tempo real e posteriormente para pesquisa dos dados por meteorologistas. O disdrômetro tem uma interface serial, porém limita a distância entre ele e o computador. Será necessário o envio de dados a uma distância maior de 300 quilômetros, dos disdrômetros ao centro de operações do SIMEPAR. Por isso optou-se pelo GPRS, já que, onde serão instalados os disdrômetros, a cobertura celular do estado é boa. 1.1 JUSTIFICATIVA A informação disponibilizada, com os dados sobre as gotas de chuva, será utilizada pelos meteorologistas do SIMEPAR para estudos e análises meteorológicas,

13 uma vez que através das medidas de diâmetro e velocidade das gotas de chuva é possível especificar qual o tipo de chuva que está acontecendo, não somente a quantidade de chuva, como em um pluviômetro. Com a implementação proposta nesse projeto também é possível alocar disdrômetros por todo o Estado do Paraná. Através desse sistema torna-se possível fazer um ajuste da refletividade do radar meteorológico do SIMEPAR. O radar utilizado é banda S Doppler, modelo DWSR-93S, da EEC Corporation, já com algumas modernizações em seu hardware. Ele está localizado na parte central do Paraná. A refletividade do radar meteorológico, medida em dbz, indica a quantidade de potência emitida que retorna ao radar e é representada, na imagem tratada, por uma escala de cores. A refletividade R, medida em dbz, indica a taxa de quantidade de chuva T, em mm/hr, representada na equação (1). A refletividade também pode ser obtida pela taxa de intensidade de chuva através da equação (2). Esses dados de refletividade obtidos através do radar são utilizados para: - monitorar a precipitação, vento e granizo; - estimar a intensidade de chuva; e - previsão meteorológica em curto prazo, de no máximo três horas, usando essas observações aliadas a imagens de satélite e outros sistemas. 1.2 OBJETIVO O objetivo geral desse trabalho é desenvolver um sistema embarcado para ser utilizado em monitores de precipitação a laser com a finalidade de proporcionar que um

14 sistema desses equipamentos possa ser distribuído pelo Paraná, enviando informações de forma wireless e as disponibilizando de forma gráfica. Os equipamentos utilizados foram disponibilizados pelo SIMEPAR, sendo a contribuição da aluna para esse trabalho o desenvolvimento de um programa em Java 2 ME para o terminal e o desenvolvimento de um programa em Java para uso em computador.

15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Alguns conceitos que devem ser passados são sobre os equipamentos e plataformas utilizadas para o projeto. 2.1 MONITOR DE PRECIPITAÇÃO A LASER O monitor de precipitação a laser, disdrômetro, serve para medir e detectar o tipo, a intensidade e a quantidade de diferentes precipitações, como chuvisco, chuva, granizo, neve e uma mistura de diferentes tipos de precipitação. O disdrômetro possui um laser que é emitido em um dos lados do sensor e no outro lado fica o receptor, um fotodiodo que mede a intensidade ótica do sinal, transformando em um sinal elétrico. Quando uma precipitação passa pela luz, o sinal recebido é reduzido. O diâmetro da partícula é calculado pela amplitude da redução. Já a velocidade da partícula é obtida pela duração do sinal reduzido. Os sinais medidos são processados por um DSP (Digital Signal Processor). O tipo de precipitação é obtido em comparação desses dados com dados estatísticos de diâmetro e velocidade. Além disso, ainda é verificada a temperatura para melhorar essa identificação. A Figura 1 apresenta uma ilustração do laser emitido pelo disdrômetro, capaz de efetuar as medidas de diversos tipos de precipitação. Figura 1 - Laser do disdrômetro. Fonte: Thies Clima.

16 A interface de saída do disdrômetro é uma porta RS485 full duplex com baudrate ajustável de 1200 até 115200. Na Figura 2 é apresentada uma imagem desse equipamento. Figura 2 - Disdrômetro Thies Clima. Fonte: Thies Clima. A precisão dos mais importantes tipos de precipitação medidos por esse equipamento são os seguintes: - Chuva: >99% (>= 2 partículas/minuto, sem precipitação sólida). - Granizo: >95% (>= 2 partículas/minuto). - Neve: >99% (sem outras precipitações). Nesse disdrômetro, os dados são memorizados por um minuto e então transmitidos via serial. Como não existe a necessidade dos meteorologistas do SIMEPAR de receberem todos os dados gerados, deve ser feito um tratamento de quais os dados serão transmitidos.

17 2.2 SISTEMA EMBARCADO Existem diversas tecnologias disponíveis para a comunicação celular, porém o módulo utilizado nesse trabalho opera com GSM (Global System for Mobile). A utilização desse módulo pelo SIMEPAR já foi justificada por Klinguelfus (2005). O SIMEPAR já disponibiliza de vários terminais TC 65 Siemens comercializados pela DuoDigit, sendo esse o motivo principal de sua utilização nesse projeto. O terminal utilizado possui uma plataforma de desenvolvimento em Java 2 ME, uma versão do Java específica para sistemas embarcados. Ele opera GSM com GPRS(General Packet Radio Service), podendo ser integrado em aplicações M2M (Machine-to-Machine). O padrão GSM possibilitou a digitalização do telefone celular e junto com o GPRS possibilita o acesso à Internet em uma tecnologia que transporta dados por pacotes com protocolo IP (Internet Protocol). Figura 3 - TC65. Fonte: DuoDigit. Na Figura 3 acima é apresentado o terminal visto externamente. O módulo possui um processador ARM Core, com memória RAM de 400 KB e 1.7MB de memória flash. Suas interfaces de saída são duas portas DB9, protocolo ITU-T V.24, chamadas ASC1 e ASC0. Sua alimentação é de 12 V DC e possui um conector para a

18 antena, assim como dois conectores para cartão SIM, um interno e outro externo. Opera com GSM Quad-Band de 850/900/1800/1900 MHz e GPRS classe 12. A seguir na Figura 4 é possível ver o esquema das interfaces disponíveis externamente no terminal utilizado. Figura 4 - Vista frontal e posterior do terminal. 1 Conector para antena. 2 Porta serial. 3 Led de energizado. 4 Led de status. 5 Led de configuração. 6 Cartão SIM. 7 Botão liga/desliga/configuração.

19 8 Alimentação. 9 Conexão USB. 10 Porta Serial. Os modos de operação do terminal são apresentados na Tabela 1, seguidos de uma breve explicação. Tabela 1 Modos de operação. Desligado O terminal fica desligado, ou seja, interfaces e software não disponíveis. Operação Normal GSM/GPRS Sleep É ativado o modo de baixo consumo de energia. GSM Idle GSM Talk GPRS Idle GPRS Data Software ativo e terminal pronto para enviar e receber dados. Conexão em andamento. Terminal pronto para envio ou recepção de dados GPRS, mas nenhuma transmissão está ocorrendo. Transferência GPRS em andamento. Modo Avião Todas as funções GSM/GPRS ficam indisponíveis. 2.2.1 Estudo dos Comandos Disponíveis O módulo utilizado já possui uma plataforma com diversos comandos que servem de auxílio para o desenvolvimento, esses comandos estão disponíveis no manual da Siemens. Muitos deles servem de auxílio nas implementações em Java para os serviços de Internet. Esses comandos foram testados em um Hyper Terminal no computador, ao conectá-lo via serial.

20 Para o uso desses comandos no programa desenvolvido em Java 2 ME no terminal, foi utilizada a classe abaixo. protected synchronized boolean sendat(string command, String expect) { try { String response = ata.send(command + "\r"); if (response.indexof(expect) >= 0) { return true; } else { Logger.error(CLASSNAME, "Erro response sendat: "+command+" - "+response); } } catch (ATCommandFailedException e) { Logger.error(CLASSNAME, "Erro sendat: "+command); return false; } return false; } 2.2.1.1 AT^SICS Através desse comando são feitas as configurações para a conexão de Internet. São definidos os parâmetros obrigatórios de tipo de conexão, usuário, senha e endereço de ponto de acesso, além de outros parâmetros opcionais. Após ser configurada, a conexão é aberta com o uso do comando AT^SICO e encerrada com AT^SICC. A seguir é apresentado um breve exemplo de como esse comando é utilizado no Java 2 ME. Sendo apn o ponto de acesso, user o usuário e pass a senha. sendat("at^sics=0,contype,gprs0", "OK"); sendat("at^sics=0,inactto,\"0\"", "OK"); sendat("at^sics=0,alphabet,\"1\"", "OK"); sendat("at^sics=0,apn,\""+apn+"\"", "OK"); sendat("at^sics=0,user,"+user, "OK"); sendat("at^sics=0,passwd,"+pass, "OK"); 2.2.1.2 AT^SISS Nesse comando são definidos padrões para serviços de Internet, como FTP, HTTP e SMTP. No caso do FTP, por exemplo, é obrigatória a definição de tipo de serviço, perfil definido de conexão de Internet a ser utilizado e endereço para o servidor FTP. O serviço é aberto pelo uso do comando AT^SISO e fechado com AT^SISC.

21 A seguir é possível verem um exemplo simplificado como é feita a configuração do serviço FTP com o uso desse comando no Java 2 ME. sendat("at^siss=1,srvtype,\"ftp\"", "OK") sendat("at^siss=1,alphabet,\"1\"", "OK"); sendat("at^siss=1,conid,\"0\"", "OK"); sendat("at^siss=1,address,\"ftpput://user:pass@endereco:por ta/" + arquivo + ";type=i\"", "OK") 2.2.1.3 AT^SISW É utilizado para escrita ou upload. Ele é usado após ter sido feita a conexão com a Internet e com o serviço a ser empregado 2.2.1.4 AT^SISR Comando utilizado para leitura de dados ou download. Também deve ser usado após ter sido feita a conexão com a Internet e com o serviço a ser empregado. 2.2.1.5 AT^SJRA Usado para executar aplicações Java no módulo.

22 3 DESENVOLVIMENTO abaixo. O sistema completo elaborado nesse trabalho é esquematizado na Figura 5 Figura 5 - Sistema completo. 3.1 PROGRAMAÇÃO DO TERMINAL A linguagem de programação suportada pelo terminal e utilizada para esse trabalho é a Java, uma linguagem de programação orientada a objetos da Sun Microsystems, empresa da Oracle Corporation. O firmware foi desenvolvido utilizando as ferramentas Java 2 ME e Netbeans, distribuídos pela Oracle. O módulo TC65 é capaz de enviar as informações através de porta serial RS232, SMS (Short Message Service), e também dos mais diversos serviços na Internet, como FTP ou SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). A Siemens disponibiliza bibliotecas específicas para auxiliar a programação de seu módulo TC65. Essas bibliotecas foram utilizadas, além das bibliotecas já disponibilizadas como padrão para o Java 2 ME.

23 Na Figura 6 é apresentado um breve diagrama de classes do firmware desenvolvido para o terminal. Figura 6 - Diagrama de classes do firmware. 3.1.1 Classe Inicial Essa é uma classe MIDlet e é a primeira a ser chamada na execução do programa. Ela inicializa variáveis e outras classes que serão utilizadas. São iniciadas as classes thread (multiprocessamento) de ajuste de hora e data, controle de memória disponível, monitoração do sistema, comunicação FTP e comunicação serial. Métodos: Construtor Inicia variáveis de configuração. StartApp Inicia threads: Ajuste de hora e data Controle de memória disponível Monitoração do sistema Comunicação FTP Comunicação serial

24 3.1.2 Classe de Comunicação Serial A classe para a comunicação serial é implementada como thread. Essa classe é a última a ser chamada pelo principal, devendo ficar em loop por todo o tempo para captar os dados que chegarem do disdrômetro. Ela verifica se a mensagem está completa e capta os caracteres de informações até receber o aviso de final de mensagem, então chama a classe auxiliar, enquanto permanece verificando a chegada de novos dados. Métodos: Construtor Configura serial. Run Abre comunicação, fica em loop e recebe os dados, ao recebê-los aciona classe auxiliar. 3.1.3 Classe Auxiliar É uma classe chamada dentro da classe de comunicação serial após ter sido recebida uma leitura completa do disdrômetro. Ela coloca os dados na fila do vetor, notificando para a próxima classe thread, a de tratamento de dados. Métodos: Construtor Leitura Fila do vetor e notificação à classe de tratamento de dados. 3.1.4 Classe de Tratamento de Dados É uma classe thread que faz o tratamento dos dados para envio, criando um novo vetor. Esse vetor sincronizado chama a classe para a comunicação FTP. O módulo só envia 1500 bytes por vez, por isso uma simplificação foi necessária após a seleção dos dados. No tratamento são retirados os dados que não são importantes para os meteorologistas e na simplificação são retirados caracteres desnecessários para manter a informação, como o separador ;. Métodos: Construtor

25 Run São retirados os dados desnecessários, assim como o separador ;. São obtidos os bytes dos dados e colocados em um novo vetor. É notificada a classe para envio FTP. 3.1.5 Classe de Comunicação FTP Essa comunicação é feita por eventos, utilizando a classe ATEvent disponíveis na biblioteca da Siemens. Isso deve ser utilizado, já que é necessário esperar uma resposta nos eventos da comunicação. Aqui é feita a configuração do serviço FTP, é definido o título do documento com base na data e na hora e é feito o envio do documento. Métodos: Construtor Configuração de conexão. FTP Envio FTP. ATEvent Recebe o evento de resposta do módulo para o envio FTP. 3.1.6 Classe de Monitoração de Memória Nos testes iniciais foi reparado um problema de memória após cerca de meia hora de execução do programa, que ocasionava em um travamento do sistema. Por isso foi criada uma classe thread para monitorar e limpar a memória periodicamente. Métodos: Construtor Run Loop que libera a memória periodicamente. 3.1.7 Classe para Ajuste de Hora e Data O SIMEPAR disponibiliza um endereço na Internet com a data e o horário UTC (Coordinated Universal Time) em tempo real. Foi elaborada uma classe thread no firmware, aliada a uma classe que faz a organização do formato de data e hora para posteriormente enviar ao módulo por comandos AT.

26 A classe thread para ajuste de hora estabelece uma conexão por HTTP com o endereço do servidor de data e hora do SIMEPAR. Após ser efetuada a leitura ele envia o comando de ajuste para o módulo. O módulo apresentou um problema para o ajuste de horário, pois ele não efetuava o ajuste todas as vezes que solicitado, mesmo após ter sido enviado o comando correto. Devido a esse defeito do módulo, é feita uma verificação da data e hora ajustada. Caso esteja incorreta ele efetua outra tentativa daqui a um minuto. Isso é feito três vezes até que o módulo seja reiniciado. Caso a hora seja ajustada de maneira correta, o próximo ajuste ocorrerá em um dia. Métodos: Construtor Run Conecta HTTP com o Simepar para ler data e hora UTC. Faz o ajuste do módulo uma vez ao dia. 3.1.8 Classe de Monitoração do Sistema Essa classe auxilia a verificação do funcionamento do sistema. Caso ele permaneça em uma mesma função por cinco minutos, o módulo é reiniciado. É elaborada utilizando a classe Watchdog, que faz parte da biblioteca disponibilizada pela Siemens. Métodos: Start Inicia Watchdog e a run(). Check Verifica estado da SerialDisdrometro e FtpDisdrometro. Run Reinicia a contagem de cinco minutos. 3.2 INSTALAÇÃO O sistema foi montado na estação meteorológica do SIMEPAR do Centro Politécnico da Universidade Federal do Paraná. Na Figura 7 a seguir é possível ver um esquema de como foram conectados o sensor, que é o disdrômetro, e o terminal de transmissão, módulo TC65.

27 Figura 7 - Interfaces A seguir são apresentadas algumas imagens de processo de instalação do sistema. Na Figura 8 é possível ver o local onde foi feita a instalação, com o suporte pronto para início da montagem.

28 Figura 8 - Local da instalação. Na Figura 9 é apresentado o procedimento de nivelamento do disdrômetro, para garantir seu correto posicionamento na hora de fixá-lo ao suporte. Figura 9 - Nivelamento do disdrômetro.

29 Na Figura 10 tem-se a caixa de plástico onde foram armazenados os equipamentos: módulo, adaptador, conversor, fonte de alimentação e demais cabos necessários. Figura 10 - Caixa com os equipamentos de transmissão. Figura 11 - Sistema instalado.

30 A Figura 11 mostra o sistema após sua instalação, com a antena posicionada do lado de fora da caixa que abriga os demais equipamentos. 3.3 SOFTWARE O software foi desenvolvido também em Java, com auxílio da biblioteca JFreeChart, que serve de apoio para desenvolvimento de gráficos. Esse software possibilita ao usuário a visualização dos dados coletados pelo disdrômetro e armazenados no servidor. 3.3.1 Tela Inicial A janela inicial do software apresenta um espaço para o preenchimento do intervalo de data e hora para a visualização dos dados e é apresentada na Figura 12. Figura 12 - Janela inicial. Caso a opção Gráfico esteja selecionada e tenha sido feita a medida de chuva naquele período, o software retornará uma janela com o histograma dos respectivos valores de diâmetros, que pode ser visto na Figura 13.

31 Figura 13 - Janela com histograma. Se não existir chuva no período, o programa apenas retornará uma janela com a informação Sem chuva, conforme visto na Figura 14. Figura 14 - Janela informativa de ausência de chuva. Caso a opção Dados Estatísticos esteja selecionada e tenham sido efetuadas medidas no período, será retornada a janela da Figura 14, com as informações de média e desvio padrão no período. Figura 15 - Dados estatísticos.

32 3.3.2 Banco de Dados Para armazenar os dados foi utilizado um banco de dados MySQL. É feita a verificação nesse banco para verificar se já existem os dados da data e hora fornecidas pelo usuário. Se não existir é feita a busca no FTP e um insert no banco, se existir é feito um select para leitura desses dados. Abaixo é vista a estrutura da tabela na Figura 16. Figura 16 - Tabela do banco de dados. 3.3.3 Histograma O histograma apresentado pelo programa é elaborado através da separação dos dados por classes de diâmetro, conforme são apresentados pelo próprio disdrômetro. Na tabela a seguir são apresentadas essas classes.

33 Tabela 2 Classes de diâmetro. Classe Diâmetro [mm] Classe Diâmetro [mm] 1 0.125 12 3.000 2 0.250 13 3.500 3 0.375 14 4.000 4 0.500 15 4.500 5 0.750 16 5.000 6 1.000 17 5.500 7 1.250 18 6.000 8 1.500 19 6.500 9 1.750 20 7.000 10 2.000 21 7.500 11 2.500 22 8.000 Fonte: Thies Clima. 3.3.4 Dados Estatísticos A média e o desvio padrão são feitos utilizando o valor médio de cada intervalo de classe de diâmetro apresentado na Tabela 1 para o cálculo. A média é obtida pela Equação (3) e o desvio padrão pela Equação (4).

34 Sendo: - a média; - o desvio padrão; - o índice que representa a classe de diâmetro; - o total de pingos de chuva medidos para o diâmetro ; e - o diâmetro médio para a classe de diâmetro. 3.3.5 Classes O software elaborado possui cinco classes: a classe inicial, a de geração da janela principal, a de tratamento dos dados, a que trabalha com o banco de dados, a de geração de gráfico e a de conexão FTP. O fluxograma simplificado do software é apresentado na Figura 17.

Figura 17 - Fluxograma do software. 35

36 3.3.5.1 Classe Inicial da janela inicial. Na classe inicial é aquela que inicia o programa e chama a classe de geração 3.3.5.2 Classe de Geração de Janela É configurada e apresentada a janela inicial do programa, que tem as entradas de dados: texto para o usuário inserir o intervalo de medidas que deseja, dois campos para seleção das opções de geração de gráfico e de dados estatísticos e um botão para gerar a opção selecionada. Métodos: - Construtor - Janela: Configura os parâmetros a serem apresentados na janela e a apresenta ao usuário. 3.3.5.3 Classe de Tratamento de Dados Na classe de tratamento de dados estão os métodos para leitura dos dados recebidos do servidor e para geração dos dados estatísticos. Métodos: - Construtor - Leitura: É feita a leitura dos dados do arquivo. - Estatística: São feitos os cálculos de média e desvio padrão. 3.3.5.4 Classe do Banco de Dados A comunicação necessária com o banco de dados local é realizada nessa classe, como o envio dos comandos de SELECT e INSERT. Métodos: - Construtor - Select: Faz a seleção do arquivo no banco de dados. - Insert: Insere os dados no banco de dados.

37 3.3.5.5 Classe de Geração do Gráfico A geração do histograma é feita nessa classe com a utilização da biblioteca JFreeChart. Métodos: - Construtor - Gráfico: Gera o gráfico com os dados do diâmetro. 3.3.5.6 Classe de Conexão FTP A conexão FTP é realizada nessa classe, fazendo o download do arquivo se necessário. Métodos: - Construtor - FTP: Abertura da conexão FTP, transferência de dados e fechamento da conexão.

38 4 RESULTADOS Os testes foram realizados ao longo de seu desenvolvimento. Nos itens a seguir são apresentados os testes e os requisitos que deveriam ser atingidos para seu resultado positivo. 4.1 TESTES INICIAIS Estes testes foram realizados ao longo do estudo dos comandos disponibilizados pelo módulo e também no desenvolvimento do programa a ser utilizado no módulo TC65. Na primeira parte tinha como propósito apenas verificar o funcionamento dos comandos AT. Depois, ao longo do desenvolvimento da programação em Java, os testes realizados foram através da compilação do próprio software Netbeans, apenas verificando a existência de erros. 4.2 TESTES INTERMEDIÁRIOS Testes realizados na conexão do sistema incluindo módulo TC65 e disdrômetro Thies Clima. Sua saída RS485 half duplex foi conectada a um adaptador RS232/RS485 da Henry e conectado à porta serial do computador. Foi configurado um Hyper Terminal para fazer a recepção dos dados. As configurações de fábrica desse equipamento especificam um baudrate de 9600, oito bits de dados, sem paridade e um bit de parada. Assim foi verificado o funcionamento do disdrômetro, com a chegada de dados a cada minuto. Para conectá-lo ao módulo, foi necessário também colocar um adaptador que invertesse os pinos dois e três da RS232 vinda do disdrômetro, para que os dados transmitidos por ele fossem interpretados como dados de recepção na porta serial do módulo. Após a verificação do funcionamento correto, verificando trinta medições do disdrômetro com aquelas recebidas no FTP, o disdrômetro e o módulo ficaram no laboratório para testes por duas semanas sem serem desligados. Durante os testes foram

39 observados problemas com a memória do módulo, surgindo a necessidade da classe de monitoração de memória. 4.3 TESTES FINAIS Os testes finais foram realizados após a elaboração do software, sendo feito com a integração do sistema completo. Foi feita a verificação comparando as informações recebidas no FTP e aquelas que constam nos gráficos e estatísticas, foram verificadas trinta medições, obtendo um resultado igual para o total de gotas de chuva por diâmetro apresentados no gráfico e nos dados.

40 5 CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS Os objetivos do trabalho foram atingidos, sendo elaborado o primeiro protótipo do sistema a ser implantado pelo SIMEPAR. O trabalho da aluna foi importante para a instituição, fazendo possível o funcionamento do terminal TC65 para uso no disdrômetro, assim como disponibilizando um software para melhor apresentação dos dados aos funcionários. O sistema desenvolvido está sendo atualmente utilizado no SIMEPAR pelos meteorologistas para realizarem estudos pertinentes dos dados coletados. Está instalado na estação meteorológica do Centro Politécnico da Universidade Federal do Paraná e em breve também estará também presente em outras estações. Esse trabalho será importante para outros projetos realizados no SIMEPAR, como o estudo dos dados meteorológicos e o estudo do ajuste da refletividade do radar através do sistema de disdrômetros.

41 REFERÊNCIAS DUO DIGIT; Terminal Java TC65. Disponível em: <http://www.duodigit.com.br/downloads/catalogo-duodigit-terminal-javatc65/download_pt.html>. Acesso em: 24 mar. 2011. JFREE; JFreeChart. Disponível em: <http://www.jfree.org/jfreechart>. Acesso em: 16 mai. 2011. KLINGUELFUS, M. C.; GPRS em Redes de Coletas de Dados. 2005. Monografia de Pós-Graduação, XI Curso de Especialização em Teleinformática e Redes de Computadores, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2005. ORACLE. Oracle Software Downloads. Disponível em: <http://www.oracle.com/technetwork/indexes/downloads/index.html>. Acesso em: 3 jan. de 2011. SIEMENS; TC65 AT Command Set. 2006. Versão 02.000, Siemens, 2006. SIEMENS; TC65 Terminal Siemens Cellular Engine Hardware Interface Description. 2006. Versão 02.000, Siemens, 2006. SIEMENS; TC65 User s Guide. 2005. Versão 02.000, Siemens, 2005. SIMEPAR. Instituto Tecnológico SIMEPAR. Disponível em: <http://www.simepar.br >. Acesso em: 3 jan. 2011. THIES CLIMA. Instruction for Use Laser Precipitation Monitor, V2.1x STD, Thies Clima, Alemanha. THIES CLIMA. Laser Niederschlags - Monitor (Distrometer). Disponível em: <http://www.thiesclima.com/distrometer.html>. Acesso em: 3 jan. 2011.