APLICAÇÃO DO RASTREADOR ULLER NO MONITORAMENTO PRIVADO DE VEÍCULOS

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ JACQUES STELZER CARDOSO JOSÉ RENATO MAGALHÃES DA COSTA ROBERTO SAMPAIO MONTEIRO APLICAÇÃO DO RASTREADOR ULLER NO MONITORAMENTO PRIVADO DE VEÍCULOS Rio de Janeiro 2014

JACQUES STELZER CARDOSO JOSÉ RENATO MAGALHÃES DA COSTA ROBERTO SAMPAIO MONTEIRO APLICAÇÃO DO RASTREADOR ULLER NO MONITORAMENTO PRIVADO DE VEÍCULOS Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Estácio de Sá como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. André Sarmento Barbosa. Rio de Janeiro 2014

C837A Costa, José Renato Magalhães da Aplicação do Rastreador Uller no Monitoramento Privado de Veículos / Jacques Stelzer Cardoso; José Renato Magalhães da Costa; Roberto Sampaio Monteiro Rio de Janeiro, 2014. 130f.; il. Monografia (Curso Graduação em Engenharia Elétrica) Universidade Estácio de Sá, 2014. 1. Engenharia Elétrica. 2. Rastreamento. 3. Sistemas embarcados. I. Cardoso, Jacques Stelzer. II. Monteiro, Roberto Sampaio. III. Título. CDD 621.3

JACQUES STELZER CARDOSO JOSÉ RENATO MAGALHÃES DA COSTA ROBERTO SAMPAIO MONTEIRO APLICAÇÃO DO RASTREADOR ULLER NO MONITORAMENTO PRIVADO DE VEÍCULOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Estácio de Sá como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Aprovados em 01-07-2014 BANCA EXAMINADORA Prof. D.Sc André Sarmento Barbosa Universidade Estácio de Sá Prof. M.Sc Gilberto Rufino de Santana Universidade Estácio de Sá Prof. M.Sc Odair da Silva Xavier Universidade Estácio de Sá

Às Nossas famílias, em especial nossos pais, esposas e filhos pela paciência, carinho e dedicação que nos devotaram ao longo deste período de estudos e ausência do lar.

AGRADECIMENTOS A DEUS, o Grande Arquiteto do Universo, pela oportunidade de evolução moral e espiritual neste mundo de provas e expiação. Ao professor André Sarmento por ter nos dado suporte e orientações para que tivéssemos êxito neste projeto. Ao professor Gilberto Rufino que com seus conhecimentos contribuiu com a estruturação do trabalho. Ao Professor José Jorge de Araújo, exemplo de profissional de ensino, pelo carinho e atenção com que sempre nos recebeu e conseguiu resolver nossas pendências acadêmicas. A Dr.ª Danielle Mascarenhas da Silva por ter nos ajudado com as correções textuais que se fizeram necessárias, abrilhantando ainda mais o texto deste Trabalho de Conclusão de Curso. Aos nossos colegas de turma pela paciência e amizade que nos dedicaram pelos anos que juntos estivemos na UNESA.

Não é o mais forte da espécie que sobrevive, nem o mais inteligente; É o que melhor se adapta às mudanças. CHARLES DARWIN1 Fonte: Teoria da Evolução das Espécies As coisas, por si sós, não são interessantes, mas tornam-se interessantes apenas se nos interessamos por elas CECCATO2 (1914) Fonte: Ingegneria della Felicita 1 2 Disponível em: <http://kdfrases.com/frase/97487>. Acesso em: 27/05/2014. Disponível em: <http://www.citador.pt/frases/citacoes/a/s-ceccato>.acesso em: 27/05/2014.

RESUMO Este Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo projetar um rastreador veicular pessoal de baixo custo cujo monitoramento seja feito pelo próprio usuário de forma intuitiva, não havendo intermediários que venham gerir este processo. Para que se consiga esse intento, estuda-se- os conceitos mais relevantes de sistemas embarcados, como ele atua nos dispositivos considerados IoT, através de sistemas M2M, GPS e GPRS. Devido a utilização do módulo SIM908, há de se ter aprendizado sobre suas características, seus comandos e utilização prática do mesmo. O desenvolvimento do trabalho passa por fase de prototipação do produto projetado com ajuda da Plataforma Arduino, e também, na busca de software de geoprocessamento já existente, preferencialmente open-source, para que seja adaptado às necessidades do produto. Para abrigar todo esse conjunto de aplicações, escolhese um servidor web capaz de atender as necessidades de cada componente deste sistema. Por fim, analisa-se todo o escopo desta obra para se saber se as premissas iniciais foram cumpridas e, por conseguinte, realiza-se um brainstorm que levem a novos desafios futuros para a melhoria do produto desenvolvido. Palavras-chave: Engenharia Elétrica. Rastreamento Veicular. Arduino.

ABSTRACT This Final Paper aims to design a personal vehicle tracker Low cost monitoring which is done by the user intuitively own, with no intermediaries will manage this process. Order to achieve this aim, we study them more relevant concepts embedded system, how it operates in IoT devices considered through M2M, GPS and GPRS systems. Due to the use of SIM908 module, there have to learn about their characteristics, commands and practical use. The development work involves prototyping phase of product designed to help with the Arduino platform, and also in the search of existing geoprocessing, preferably open source, that is adapted to the needs of software product. To house this whole set of applications, you choose a web server capable of meeting the needs of each component of this system. Finally, we analyze the full scope of this work to know if the initial assumptions were met and therefore there will be a brainstorm that lead to new challenges for the future improvement of the product developed. Keywords: Electrical Engineering. Vehicular Tracking. Arduino.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES 1. FIGURAS 1 Componentes de uma Solução M2M 16 2 As órbitas dos Satélites GPS 19 3 O Canal do GSM (sistema misto TDMA e FDMA). 22 4 Estrutura básica de uma rede GSM. 22 5 Vantagens da Utilização da Rede GRPS 23 6 Os Sistemas GSM e GPRS 24 7 Mostra de um Sistema Embarcados englobando a CPU, bem como muitos outros recursos 26 8 Princípios Básicos dos Sistemas Embarcados 27 9 Exemplo de uma Plataforma Arduino e seus Componentes 30 10 Exemplo de um Código Escrito na Linguagem Arduino 30 11 Arquitetura básica de um microcontrolador 31 12 Diagrama típico de um microcontrolador AVR 32 13 Diagrama de Bloco do ATmega328P 34 14 Vista de cima do Módulo SIM908 35 15 Diagrama do Módulo SIM908 35 16 Página Inicial Home Basic Map 39 17 Trail Map Mapa de Trajeto 41 18 Heatmap Mapa de Calor 41 19 Mapas de Trajeto em Sete e Trinta Dias, Respectivamente 42 20 Aba Google Earth 43 21 A Montagem do Protótipo 44 22 GPS em Funcionamento 45 23 GPS e GSM/GPRS em funcionamento 46 24 Protótipo Acondicionado em Caixa de Papelão 47 25 Componentes do Protótipo 48 26 Parâmetros Elétricos do Protótipo 48 27 Fases da Montagem do Produto Final 49 28 Produto Final do Rastreador Uller 49 29 Página Inicial do Rastreador Uller 51

30 Página Quem Somos do Rastreador Uller 52 31 Página Imagens do Rastreador Uller 52 32 Página Notícias do Rastreador Uller 53 33 Página Contato do Rastreador Uller 54 34 Página Login do Rastreador Uller 54 35 Aba Inícial da plataforma GG-Tracke Modificada 56 36 Fluxograma de Interação do Código-Fonte com o Ratreador Uller 59 37 Percursos Feitos para Teste 60 38 Trajeto com Ampliação de Detalhes 61 2. TABELA 1 Custo de Produção do Rastreador Uller 62

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 12 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 15 2.1. O Sistema Máquina-para-Máquina (M2M) 2.1.1. O Conceito de M2M 2.2. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) 15 15 17 2.2.1. A História e o Funcionamento do GPS 17 2.2.2. O Protocolo NMEA 19 2.2.3. Os Erros Passíveis de Ocorrer ao GPS 20 2.3. O Serviço de Rádio de Pacote Geral (GPRS) 21 2.3.1. O Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM) 21 2.3.2. O Conceito e o Funcionamento do GPRS 23 2.4. A Plataforma de Prototipagem Arduino 24 2.4.1. Breve Abordagem sobre Sistemas Embarcados 24 2.4.2. A História da Plataforma de Prototipagem Arduino 28 2.4.3. Os Conceitos Básicos sobre a Plataforma de Prototipagem Arduino 29 2.5. O Microcontrolador 31 2.5.1. Breve Abordagem sobre Microcontroladores AVR 31 2.5.2. O Microcontrolador Atmel ATmega328P 33 2.6. O Módulo GSM GPRS+GPS 2.6.1. O Módulo SimCom SIM908 3. A PLATAFORMA WEB OPEN-SOURCE GG-TRACKER 34 34 37 3.1. O que é e Como Funciona a Plataforma GG-Tracker 37 3.2. A Apresentação Gráfica das Funcionalidades da Plataforma GG-Tracker 38 4. O DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 44 4.1. A Prototipagem do Rastreador Uller 44 4.2. A Escolha do Servidor Web e a Confecção do Site do Rastreador Uller 50 4.3. Adaptação do Software Gerenciador do Geoprocessamento do Rastreador Uller 55

5. O RASTREADOR ULLER EM AÇÃO E A ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS 57 5.1. A Análise de Comportamento do Hardware 57 5.2. A Análise da Performance do Software 60 5.3. A Análise de Custo do Projeto 61 6. CONCLUSÃO 64 BIBLIOGRAFIA: 67 BIBLIOGRAFIA FÍSICA 67 BIBLIGRAFIA ELETRÔNICA 70 ANEXOS 75 ANEXO A: ESQUEMÁTICO DO RASTRADOR ULLER 76 ANEXO B: ESQUEMÁTICO DO MÓDULO SIMCOM SIM908 79 ANEXO C: HOMOLOGAÇÃO DO MÓDULO SIM908 PELA ANATEL 81 ANEXO D: CÓDIGO-FONTE DO RASTREADOR ULLER 89 ANEXO E: LEIS PERTINENTES A RASTREAMENTO VEICULAR NO BRASIL 97 ANEXO F: DATASHEETS DE COMPONETES UTILIZADOS NO PROJETO 112

12 1. INTRODUÇÃO O mundo está passando por uma nova fase, uma nova revolução industrial está se desenvolvendo, segundo muitos especialistas e estudiosos no assunto. Uma leva de novas tecnologias e ideias estão criando um novo ambiente dirigido por microcontroladores. Em consequência disto, esta revolução ameaça tornar obsoletos modelos de negócios existentes há muito tempo, que vem resistindo a vários outros episódios de transformações desde o advento da tecnologia no dia-a-dia do ser humano. Em vista disto, a Internet das Coisas1 (IoT) chega para se incorporar à convivência amigável com a sociedade. A prova é que grandes corporações, tais como Cisco e a ARM, estão prevendo que, até 2025, 50 bilhões de dispositivos IoT estarão em funcionamento no planeta Terra. Deste, 20% são produtos de consumo como wearables (tecnologia para vestir), smartphones, tablets, entre outros2. Quanto aos outros 80%, serão dispositivos IoT a partir de sistemas embarcados em um vasto mercado que ficarão transparentes ao olhar do usuário. E, ainda, alguns analistas de mercado preveem que a Internet das Coisas será um mercado de US$ 20 bilhões até 2017, se alinhando com o que se vê com as tendências mercadológicas de hoje. Diante deste cenário, observa-se que a capacidade destas tecnologias, que estão sendo desenvolvidas, estão transformando totalmente a sociedade atual a ponto desta revolução ser a do self consumer, isto é, cada usuário prover seu próprio consumo, desenvolver formas de tecnologia que garantam que o serviço que se quer é o que será entregue, desenvolver produtos que facilitem sua vida, como as impressoras 3D que já vêm dando mostra, pois à medida que elas se tornem mais precisas, já se pensa na possibilidade de que as empresas não precisem mais entregar fisicamente certos produtos. Porém, enviem arquivos para serem impressos em casa. Enfim, é o ser humano retomando parte do controle de sua vida que se mostrava terceirizada, fazendo com que as novas tecnologias rompam com a velha maneira de fazer as coisas. Uma das áreas de aplicação da IoT é a segurança pessoal. Muitas aplicações e produtos que contem sensores e atuadores estão sendo desenvolvidos com esta finalidade. No 1 A Internet das Coisas (IoT) é um conceito de computação que descreve um futuro em que os objetos físicos cotidianos estarão conectados à Internet e serão capazes de se identificar com outros dispositivos Disponível em: <http://www.techopedia.com/definition/28247/internet-of-things-iot>. Acessado em: 25/05/2014. 2 Dados retirados da entrevista de Christian Légaré à Revista Embedded Developer (Junho/2014). Disponível em: <http://issuu.com/eeweb/docs/06_2014_embedded_developer_pages/5?e=7607911/8193154>. Acesso em: 17/06/2014.

13 que tange ao monitoramento veicular, há na verdade venda de serviço de localização, porém não há, por exemplo, em uma loja de acessórios automotivos, venda de um localizador que a responsabilidade pela localização fique a cargo do próprio consumidor. Quando há algo nesse sentido, a localização se dá por uma empresa terceirizada. Uma pesquisa de mercado feita para este trabalho mostrou várias empresas detentoras desses serviços, sendo que muitas de forma clandestina, isto é, empresas informais em que seu proprietário adquire módulos de rastreadores veiculares fora do Brasil e com software ilegal gerencia tais módulos. Ressalta-se que a privacidade de seu usuário fica comprometida seja devido a este empresário possuir acesso às informações de deslocamento com data e hora de seus clientes, bem como vazamento de dados que possam sofrer por algum tipo de ataque malicioso ao seu servidor/banco de dados. Hoje, encontra-se no mercado com preços iniciais de mensalidade de manutenção de serviço de monitoramento/localização em torno de R$ 49,00, fora custo com adesão, instalação de acessórios e/ou serviços adicionais entre outras ofertas. Partindo destes conceitos, este Trabalho de Conclusão de Curso tem por finalidade criar um produto IoT voltado para a segurança pessoal e/ou familiar: um rastreador veicular concebido para o próprio usuário se localizar ou a seus familiares, sem que haja intromissão de qualquer outro agente intermediário que possa ter acesso as informações produzidas por esse rastreador. Ressalta-se que os estudos tenderão para um produto de baixo custo, mais em conta que o mais barato smartphone encontrado no mercado. Para que as ideias se entrelacem através deste estudo, elaborou-se quatro capítulos cujos conteúdos se formaram através de pesquisas bibliográficas e eletrônicas, assim dispostos: 1. Fundamentação Teórica; 2. A Plataforma Web Open-Source GG-Tracker; 3. O Desenvolvimento do Trabalho; e, 4. O Rastreador Uller em Ação e A Análise dos Resultados Obtidos. O primeiro capítulo apresenta a fundamentação teórica no qual este trabalho se baseia, como o Sistema M2M, onde se faz uma citação da Internet das Coisas (IoT). Versará também sobre o Sistema de Posicionamento Global (GPS) e Global para Comunicações Móveis (GSM), incluso neste último o serviço GPRS. Ainda, será abordada a Plataforma de Prototipagem Arduino, o microcontrolador Atmel ATmega-328P e o módulo GSM GPRS+GPS SIM908, todos importantes na confecção do produto desenvolvido por esta obra. O segundo capítulo diz respeito à Plataforma Web Open-Source GG-Tracker, seu conceito, funcionamento e apresentação gráfica. Este aplicativo se traduz na interface do

14 rastreador com o mundo, demonstrando, na prática, seus dados coletados, transformando-os em informação. O terceiro capítulo traz o desenvolvimento em si do trabalho. Verificar-se-á a prototipagem do rastreador na Plataforma Arduino, a escolha do servidor Web para abrigar tanto a Plataforma GG-Tracker como o site desenvolvido para apresentar o produto. Conta, também, com uma breve explanação da adequação da Plataforma GG-Tracker para as necessidades do rastreador projetado, bem como sua tradução da Língua Inglesa para Língua Portuguesa. Por fim, o quarto capítulo evidencia as análises de comportamento do hardware desenvolvido, da performance do software e uma sucinta avaliação do custo envolvido para a consecução do projeto. Em suma, a finalidade deste trabalho, como descrito anteriormente, é produzir um rastreador veicular de forma que o próprio consumidor do produto possa executar seu próprio monitoramento ou de seus familiares, ou até mesmo de veículos de seu estabelecimento comercial/serviço, sem intermediação, isto é, sem ser cobrado por este serviço, apenas pela aquisição do produto. Este produto, desenvolvido, para ser viável terá que ter um custo menor que o de um telefone inteligente existente, hoje, no mercado.

15 2. 2.1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O Sistema Máquina-para-Máquina (M2M) 2.1.1. O Conceito de M2M O acrônimo M2M significa Machine-to-Machine e a definição, segundo Krisnamurthy (2003), é uma categoria da tecnologia da informação que combina comunicação, informática e outras tecnologias para permitir interação entre o ser humano remoto e máquina, de forma remota, com sistemas biológicos físicos, químicos e outros processos. Já Barradas traduz M2M conforme se segue: Machine-to-Machine (M2M) é definida como a transferência e utilização de dados provenientes de múltiplas máquinas remotas, distribuídas numa determinada área geográfica, para o seu monitoramento, medição e controle. M2M usam dispositivos (por exemplo, um sensor) para capturar um determinado evento (por exemplo, temperatura ou estoque de um artigo), que é enviado através de uma rede para uma aplicação. Essa aplicação irá transformar o evento capturado em informação útil. (BARRADAS, 2012). Os equipamentos M2M são, de acordo com Roncolato (2014)3, a base da chamada Internet das Coisas (IoT). Esse conceito se refere à presença de conexão em carros, portas de casa, eletrodomésticos, entre outros, que podem então se comunicar, por exemplo, com aparelhos celulares e/ou tablets. Ressalta-se que para os usuários do M2M o que mais importa, além da funcionalidade do serviço, é a facilidade de seu uso. Como exemplo de aplicações M2M, tem-se: Sensores de temperatura, pressão, umidade, iluminação, presença, gases e outros relacionados com diagnósticos médicos; Atuadores, motores, superfícies inteligentes, micro-robôs, micro-eletro- mecânicos sistemas; 3 Serviços de localização de pessoas, animais, veículos, produtos e propriedade; Monitoramento remoto da saúde, da propriedade e da eficiência do empregado; Governo aprova desoneração de chips M2M Murilo Roncolato Disponível <http://blogs.estadao.com.br/link/governo-aprova-desoneracao-de-chips-m2m/>. Acesso em: 25/05/2014. em:

16 Controle e/ou gestão de máquinas simples (como eletrônicos e máquinas de venda automática Ex. máquina de refrigerante em lata), micro-robótica e sistemas complexos, tais como automação industrial, de controle industrial ou sistemas espaciais); e, Identidade, gestão de direito autoral de mídia, incluindo gerenciamento de identidade, Digital Rights Management (DRM), autenticação, transferência de fundos, local de serviço, conceitos de economia e gestão digital de direitos do consumidor. Uma solução de M2M, normalmente possui três etapas1 no que tange a captura de dados (fig. 1): 1. Aquisição de Dados: integração física e lógica com as máquinas para coleta de informações; 2. Transmissão de Dados: gestão das redes de comunicação e do processamento das transações para transporte das informações coletadas; e, 3. Ação: disponibilização visual da informação e adição de inteligência de análise de dados ao processo. Figura 1 Componentes de uma Solução M2M Fonte: Teleco4 4 M2M I: O que e por que? Disponível em: <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialm2mi/pagina_2.asp>. Acesso em: 25/05/2014.

17 As tecnologias do M2M que fazem com que as máquinas se conectem umas as outras serão abordadas nos itens a seguir. 2.2. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) 2.2.1. A História e o Funcionamento do GPS Entende-se por navegação, segundo Kaplan e Hegarty (2006, p. 1),... a ciência de se obter o deslocamento de uma embarcação ou pessoa de um lugar para outro. Então, o sistema de posicionamento global (GPS) se utiliza dessa concepção para efetivar o seu serviço. Drago e Disperati (1996, p.1) conceituam tal sistema da seguinte forma: O GPS (Global Positioning System ou Sistema de Posicionamento Global) é um sistema de posicionamento espacial baseado em rádio navegação [...] tem como princípio a medida da distância entre a antena do satélite e a do receptor e isso independe, dentro de certos limites, das condições meteorológicas. (DRAGO; DISPERATI, 1996, p. 1). Portanto, o GPS torna disponível a posição e tempo de um veículo, embarcação, pessoa, animal dentre tantos outros que possam a vir utilizá-lo. Ele consegue localizar algo em qualquer lugar do mundo e em qualquer condição do clima, desde que haja visada direta para, pelo menos, quatro satélites que façam parte do sistema. Sabe-se que o governo dos Estados Unidos é que o mantem funcionando operacionalmente e o seu Ministério da Defesa o administra. Todavia, qualquer um pode se utilizar desse serviço, seja para uso militar, civil ou comercial, desde que tenha um receptor integrado ao sistema GPS. Como muitas das invenções, o GPS foi inicialmente criado com fins militares nos idos dos Anos 70. Drago e Disperati (1996, p.1) relatam que os Estados Unidos iniciaram sua elaboração no ano de 1973. Entretanto, uma das ideias desse sistema data de 1956, quando Friedwardt Winterberg, físico teórico teuto-americano, estudando a desaceleração do tempo em um forte campo gravitacional, apresentou um ensaio sobre relatividade geral no qual inseriria um relógio atômico dentro de satélites artificiais. Outros dois físicos americanos, George Weiffenbach e William Guier, monitoraram em 1957 as transmissões de rádio do satélite artificial Sputnik, lançado pela antiga União Soviética. Esses físicos observaram que,

18 devido ao efeito Doppler, tinham a possibilidade de sinalizar o posicionamento do Sputinik em determinado momento. A partir dos estudos supracitados, vislumbrou-se que com a capacidade de determinação da posição tridimensional instantânea fornecida pelo GPS é possível, devido ao conceito do uso de relógios atômicos sincronizados nos satélites GPS Navstar5, combinados com medidas simultâneas de quatro ou mais satélites. Devido a inerente sintonização fornecida pelos relógios atômicos, quatro ou mais medições Doppler simultâneas proporcionam uma medição quase que instantânea da velocidade em todos os três componentes. Além da posição, velocidade e capacidade de transferência de tempo passiva de GPS também é possível determinar completamente a ação do navegador através da utilização de disposição de antenas, isto é, a aplicação direta do interferômetro do tipo de sistema de vigilância do espaço de medição. Pode-se afirmar que o GPS tem funções imprescindíveis à sociedade moderna, haja vista, como ressalta Rocha (2003, p.11), solucionar rapidamente problemas de navegação (onde estou, para onde vou e tempo de percurso), além de mensurar coordenadas, azimutes/rumos, distâncias e áreas, disponibilizando assim direção, posição, velocidade, área e distância, como verificado anteriormente. Quanto à configuração do sistema, é dita como sendo uma constelação de vinte e quatro satélites (fig.2) dispostos em seis planos de órbita. Cada órbita é composta de quatro satélites. Estes vinte e quatro satélites giram a 20.200 km de altura ao redor do planeta Terra, de forma que sempre haja, ao menos, quatro deles acima do plano horizontal de qualquer ponto do planeta para que capte o posicionamento de forma 3D. As condições dos satélites são monitoradas por uma rede global que enviam dados e os atualizam, caso seja necessário. Os satélites GPS transmitem sinais eletromagnéticos em duas bandas que são captados pelos receptores, e através destes sinais, os receptores GPS determinam suas posições. Estes sinais são obtidos a partir da frequência fundamental de 10,23 MHz que é multiplicada por 154 e 120 gerando duas portadoras, denominadas L1 (1.575,42MHz primária) e L2 (1.227,60 MHz secundária). 5 Navstar é uma rede de satélites dos Estados Unidos que fornecem serviços de sistema de posicionamento global (GPS). Eles são utilizados para a navegação nas esferas militar e civil. Disponível em <http://www.space.com/19794-navstar.html>. Acesso em: 11/05/2014.

19 Figura 2 As órbitas dos Satélites GPS Fonte: NOAA6 2.2.2. O Protocolo NMEA O protocolo NMEA (National Marines Electronics Association) é um protocolo que define diversas especificações elétricas e para comunicação de dados em 4800 bauds de equipamentos de navegação, incluindo os Receptores GPS, sonares, pilotos automáticos, entre as quais está o formato das sentenças que devem ser enviadas pelo módulo para o sistema. O protocolo também pode ser usado em velocidade de 9600 bauds. Para receptores GPS o prefixo das sentenças é sempre GP, seguido de uma sequência de três letras que definem o seu conteúdo. Foi determinado pela NMEA, que é quem o controla também. Este protocolo se utiliza de várias normas, entre elas a 0183 que faz a comunicação dos satélites com os receptores GPS. O código do protocolo NMEA norma 0183 caracteriza-se por se iniciar com um $ a cada sentença e terminar com uma sequência CR (alimentador de linha) e não pode ser mais do que 80 caracteres de texto visíveis (mais os terminadores de linha). Os dados estão contidos dentro dessa única linha e separados por vírgulas. Os dados, na verdade, são apenas 6 NOAA Disponível em <http://celebrating200years.noaa.gov/transformations/gps/figure_1.html>. Acesso em: 11/05/2014.

20 um texto em ASCII e podem se estender ao longo de várias sentenças em certos casos especiais, porém normalmente estão totalmente contidos em uma sentença de comprimento variável. Os dados podem variar na quantidade de precisão contida na mensagem. Por exemplo, o tempo pode ser indicado para partes decimais de um segundo ou o local pode ser mostrado com 3 ou até 4 dígitos depois do ponto decimal. Os programas que leem os dados só devem utilizar as vírgulas para determinar os limites do campo e não depender de posições de colunas. Existe uma posição para checksum no final de cada período, o que pode ou não ser verificada pela unidade que lê os dados. O campo checksum é composto por um * e dois dígitos hexadecimais representando pela operação OR exclusivo em 8-bit para todos os caracteres entre si, mas não inclui nem o $ e nem o *. O checksum é necessário em algumas sentenças7. 2.2.3. Os Erros Passíveis de Ocorrer ao GPS Os receptores GPS são projetados para compensar e corrigir erros, entretanto há diversos motivos que podem contribuir para que o sistema tenha mau funcionamento. Citam-se os erros mais comuns que possam vir proporcionar erros de interpretação por parte do sistema: Ocasionados pelo meio de propagação ocorre na ionosfera e na troposfera, que são duas regiões da atmosfera terrestre. Causam variações da velocidade de propagação de sinal; Devido à geometria dos satélites como visto no item 1.1.1, um receptor só consegue se localizar se houver sincronia com, no mínimo, quatro satélites para que haja a sua precisa localização com baixa possibilidade de erro. Se caso as medidas de distância recebidas pelo receptor vir de uma única região e não de regiões diferentes, diz-se que sua triangulação é pobre; Multipercurso o efeito Multipercurso influencia no cálculo da distância entre um receptor e o satélite. Diz-se que o sinal é transmitido diretamente do satélite para a antena do receptor, no entanto, próximo ao receptor GPS, pode haver edifícios, antenas e/ou outras entidades que venham a provocar reflexão dos 7 Extraído de GPS Information NMEA Data. Disponível em: http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm > Acesso em: 15/05/2014.

21 sinais, provocando distorção do sinal original. Sabe-se que os efeitos deste erro no cálculo da distância podem atingir cerca de 50 cm; e, Relógio dos Satélites tais equipamentos possuem elevada regularidade, beirando a perfeição e por esse motivo podem apresentar diferenças entre os mesmo, originando erro no cálculo da distância do receptor GPS. Observa-se que um nano segundo de erro de tempo, resulta em um erro de 30 cm na medição da distância. 2.3. O Serviço de Rádio de Pacote Geral (GPRS) 2.3.1. O Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM) Para que se possa abordar o próximo item, há a necessidade de conceituar e conhecer o sistema ao qual o GRPS se integra. O GSM (Global System for Mobile Communications) é hoje o sistema que possui a maior gama de aparelhos ligados a ele, no que tange a tecnologia de comunicação móvel, apesar de ser inferior a tecnologia CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Código). É um padrão adotado internacionalmente, híbrido das tecnologias TDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo) e FDMA (Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência) que comuta seus usuários tanto em tempo quanto em frequência, como suas próprias definições esclarecem. Segundo Sverzut (2005, p. 59), o GSM é uma excelente tecnologia, com grande e rápida expansão. Prova disso é que o advento deste sistema fez com que se tornasse o primeiro padrão digital a ser comercializado, sendo disseminado mundo a fora, proporcionando aos dispositivos móveis uma maior mobilidade em serviços, tais como voz e dados, fornecendo boa qualidade a baixo custo.

22 Figura 3 O Canal do GSM (sistema misto TDMA e FDMA). Fonte: WirelessBR8 Dados do ano de 2013 demonstram que oitenta por cento das operadoras de telefonia móvel utilizam este padrão, prestando serviços a mais de 2,5 bilhão de pessoas em mais de 212 países. No Brasil, o GSM foi posto em prática em 2002 e, hoje, opera nas faixas de 850, 900 e 1.800 e 1.900 MHz, com largura de banda de canal de 200 MHz. Figura 4 Estrutura básica de uma rede GSM. Fonte: GSM9 8 WirelessBR Disponível em: <http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/agilent_gsm/gsm_04.html>. Acesso em: 15/05/2014. 9 GSM Disponível em: <http://paginas.fe.up.pt/~ee99207/tecnologias/celulares/gsm.html>. Acesso em: 15/05/2014.

23 2.3.2. O Conceito e o Funcionamento do GPRS O GPRS (General Packet Radio Service) é um serviço de comunicação que possibilita uma conexão a Internet sem que haja uma chamada telefônica para se efetuar uma transferência de dados, abrangendo dessa maneira suporte a serviços de dados, dentre eles o protocolo TCP/IP. Este serviço foi idealizado para adicionar a funcionalidade de comutação de pacotes para o GSM. Complementando a afirmativa acima, Sanders, Thorens, Reisky, Rulik e Deylitz (GPRS Networks, 2003) descrevem o GPRS como sendo um serviço agregado ao GSM que possibilita enviar e receber pacotes de dados a altas velocidades, propiciando Internet móvel, controle remoto de dispositivos, jogos multiplayer, m-commerce, entre outros serviços. Figura 5 Vantagens da Utilização da Rede GRPS Fonte: Sanders, Thorens, Reisky, Rulik e Deylitz (GPRS Networks, 2003, p. 18) Mishra (2007, p. 9) comenta a velocidade teórica do GRPS: A quantidade de dados que podem ser transferidos é dependente do número de usuários. Velocidade máxima teórica de até 171,2 kilobits por segundo (kbps) [...] utilizando todos os oito intervalos de tempo, ao mesmo tempo [...] No entanto, existem algumas limitações na rede GPRS, tais como a baixa velocidade (velocidade prática é muito menor do que as velocidades teóricas). (MISHRA, 2007, p. 9).