56
Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da Computação Charles Saad de Mattos Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica Curitiba 2005 Easy PDF Creator is professional software to create PDF. If you wish to remove this line, buy it now.

Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

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Page 1: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

Centro Universitaacuterio Positivo - UNICENP

Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas ndash NCET

Engenharia da Computaccedilatildeo

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo Meteoroloacutegica

Curitiba

2005

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Centro Universitaacuterio Positivo - UNICENP

Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas ndash NCET

Engenharia da Computaccedilatildeo

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo Meteoroloacutegica

Monografia apresentada agrave disciplina de

Projeto Final como requisito parcial agrave

conclusatildeo do Curso de Engenharia da

Computaccedilatildeo Orientador Prof Marcelo

Mikosz Gonccedilalves

Curitiba

2005

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TERMO DE APROVACcedilAtildeO

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo de Metereoloacutegica

Monografia aprovada como requisito parcial agrave conclusatildeo do curso de

Engenharia da Computaccedilatildeo do Centro Universitaacuterio Positivo pela seguinte

banca examinadora

Prof Marcelo Mikosz Gonccedilalves (Orientador)

Prof ordf Adriana Cursino Thomeacute

Prof Mauricio Perretto

Curitiba

2005

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeccedilo a Deus pela conclusatildeo do curso

Dedico essa vitoacuteria agrave minha matildee que sempre me apoiou e me deu

forccedila para lutar e nunca desistir

Matildee obrigado por tudo por me aturar nos dias de trovatildeo que passei

por tentar sempre querer me ajudar de alguma forma e sempre se dedicar

a mim

Nuacutebia minha linda obrigado por estar ao meu lado sempre Ateacute nos

dias em que fazia um sol lindo laacute fora e eu estava no quarto fazendo

trabalho e vocecirc natildeo saia de perto de mim Obrigado por sua plena

dedicaccedilatildeo amor e carinho por mim e espero retribuir tudo em dobro Te

amo muito

Aos meus amigos obrigado pelo apoio e por natildeo deixar que um

tropeccedilo ou uma pedra no caminho me atrapalhasse

Ao meu orientador e grande amigo Marcelo Mikosz (caroccedilo) valeu

por tudo

Pai onde vocecirc estiver dedico todo o meu sucesso a vocecirc e espero

que no dia da minha formatura vocecirc esteja assistindo ai de cima

Aos professores muito obrigado por todos os ensinamentos passados

ao longo desses seis longos anos aleacutem de mestres vocecircs satildeo nossos

pais tambeacutem que nos ensinam a enxergar o mundo e as coisas de outra

forma mas sempre visando o bem e o sucesso de todos

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v

SumaacuterioLista de Tabelas vii

Lista de Figurasviii

Lista de Siglas ix

Resumox

Abstract xi

Introduccedilatildeo 12

1 Aspectos Gerais13

11 Tema 13

12 Objetivos 13

13 Motivaccedilatildeo 13

2 Descriccedilatildeo14

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica17

31 Microprocessador RCM300017

32 Banco de dados19

33 Protocolo TCPIP 20

34 Linguagem CC++ 21

35 Sensores22

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica25

41 Especificaccedilatildeo do Hardware 25

411 Funccedilotildees do Hardware 26

412 Componentes utilizados 27

413 Ambiente de desenvolvimento27

414 Diagrama em blocos27

415 Comunicaccedilatildeo 28

42 Especificaccedilatildeo do Software 29

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento29

422 Interface com o usuaacuterio 29

423 Diagrama em blocos do software30

5 Projeto do Software 31

51 Objetivos 31

521 Diagramas de casos de uso 31

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso31

523 Prioridades dos Casos de uso 33

524 Diagrama de classes 33

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vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 2: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

Centro Universitaacuterio Positivo - UNICENP

Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas ndash NCET

Engenharia da Computaccedilatildeo

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo Meteoroloacutegica

Monografia apresentada agrave disciplina de

Projeto Final como requisito parcial agrave

conclusatildeo do Curso de Engenharia da

Computaccedilatildeo Orientador Prof Marcelo

Mikosz Gonccedilalves

Curitiba

2005

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TERMO DE APROVACcedilAtildeO

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo de Metereoloacutegica

Monografia aprovada como requisito parcial agrave conclusatildeo do curso de

Engenharia da Computaccedilatildeo do Centro Universitaacuterio Positivo pela seguinte

banca examinadora

Prof Marcelo Mikosz Gonccedilalves (Orientador)

Prof ordf Adriana Cursino Thomeacute

Prof Mauricio Perretto

Curitiba

2005

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeccedilo a Deus pela conclusatildeo do curso

Dedico essa vitoacuteria agrave minha matildee que sempre me apoiou e me deu

forccedila para lutar e nunca desistir

Matildee obrigado por tudo por me aturar nos dias de trovatildeo que passei

por tentar sempre querer me ajudar de alguma forma e sempre se dedicar

a mim

Nuacutebia minha linda obrigado por estar ao meu lado sempre Ateacute nos

dias em que fazia um sol lindo laacute fora e eu estava no quarto fazendo

trabalho e vocecirc natildeo saia de perto de mim Obrigado por sua plena

dedicaccedilatildeo amor e carinho por mim e espero retribuir tudo em dobro Te

amo muito

Aos meus amigos obrigado pelo apoio e por natildeo deixar que um

tropeccedilo ou uma pedra no caminho me atrapalhasse

Ao meu orientador e grande amigo Marcelo Mikosz (caroccedilo) valeu

por tudo

Pai onde vocecirc estiver dedico todo o meu sucesso a vocecirc e espero

que no dia da minha formatura vocecirc esteja assistindo ai de cima

Aos professores muito obrigado por todos os ensinamentos passados

ao longo desses seis longos anos aleacutem de mestres vocecircs satildeo nossos

pais tambeacutem que nos ensinam a enxergar o mundo e as coisas de outra

forma mas sempre visando o bem e o sucesso de todos

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v

SumaacuterioLista de Tabelas vii

Lista de Figurasviii

Lista de Siglas ix

Resumox

Abstract xi

Introduccedilatildeo 12

1 Aspectos Gerais13

11 Tema 13

12 Objetivos 13

13 Motivaccedilatildeo 13

2 Descriccedilatildeo14

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica17

31 Microprocessador RCM300017

32 Banco de dados19

33 Protocolo TCPIP 20

34 Linguagem CC++ 21

35 Sensores22

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica25

41 Especificaccedilatildeo do Hardware 25

411 Funccedilotildees do Hardware 26

412 Componentes utilizados 27

413 Ambiente de desenvolvimento27

414 Diagrama em blocos27

415 Comunicaccedilatildeo 28

42 Especificaccedilatildeo do Software 29

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento29

422 Interface com o usuaacuterio 29

423 Diagrama em blocos do software30

5 Projeto do Software 31

51 Objetivos 31

521 Diagramas de casos de uso 31

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso31

523 Prioridades dos Casos de uso 33

524 Diagrama de classes 33

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vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 3: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

TERMO DE APROVACcedilAtildeO

Charles Saad de Mattos

Sistema de Monitoraccedilatildeo de Estaccedilatildeo de Metereoloacutegica

Monografia aprovada como requisito parcial agrave conclusatildeo do curso de

Engenharia da Computaccedilatildeo do Centro Universitaacuterio Positivo pela seguinte

banca examinadora

Prof Marcelo Mikosz Gonccedilalves (Orientador)

Prof ordf Adriana Cursino Thomeacute

Prof Mauricio Perretto

Curitiba

2005

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeccedilo a Deus pela conclusatildeo do curso

Dedico essa vitoacuteria agrave minha matildee que sempre me apoiou e me deu

forccedila para lutar e nunca desistir

Matildee obrigado por tudo por me aturar nos dias de trovatildeo que passei

por tentar sempre querer me ajudar de alguma forma e sempre se dedicar

a mim

Nuacutebia minha linda obrigado por estar ao meu lado sempre Ateacute nos

dias em que fazia um sol lindo laacute fora e eu estava no quarto fazendo

trabalho e vocecirc natildeo saia de perto de mim Obrigado por sua plena

dedicaccedilatildeo amor e carinho por mim e espero retribuir tudo em dobro Te

amo muito

Aos meus amigos obrigado pelo apoio e por natildeo deixar que um

tropeccedilo ou uma pedra no caminho me atrapalhasse

Ao meu orientador e grande amigo Marcelo Mikosz (caroccedilo) valeu

por tudo

Pai onde vocecirc estiver dedico todo o meu sucesso a vocecirc e espero

que no dia da minha formatura vocecirc esteja assistindo ai de cima

Aos professores muito obrigado por todos os ensinamentos passados

ao longo desses seis longos anos aleacutem de mestres vocecircs satildeo nossos

pais tambeacutem que nos ensinam a enxergar o mundo e as coisas de outra

forma mas sempre visando o bem e o sucesso de todos

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v

SumaacuterioLista de Tabelas vii

Lista de Figurasviii

Lista de Siglas ix

Resumox

Abstract xi

Introduccedilatildeo 12

1 Aspectos Gerais13

11 Tema 13

12 Objetivos 13

13 Motivaccedilatildeo 13

2 Descriccedilatildeo14

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica17

31 Microprocessador RCM300017

32 Banco de dados19

33 Protocolo TCPIP 20

34 Linguagem CC++ 21

35 Sensores22

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica25

41 Especificaccedilatildeo do Hardware 25

411 Funccedilotildees do Hardware 26

412 Componentes utilizados 27

413 Ambiente de desenvolvimento27

414 Diagrama em blocos27

415 Comunicaccedilatildeo 28

42 Especificaccedilatildeo do Software 29

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento29

422 Interface com o usuaacuterio 29

423 Diagrama em blocos do software30

5 Projeto do Software 31

51 Objetivos 31

521 Diagramas de casos de uso 31

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso31

523 Prioridades dos Casos de uso 33

524 Diagrama de classes 33

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vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 4: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeccedilo a Deus pela conclusatildeo do curso

Dedico essa vitoacuteria agrave minha matildee que sempre me apoiou e me deu

forccedila para lutar e nunca desistir

Matildee obrigado por tudo por me aturar nos dias de trovatildeo que passei

por tentar sempre querer me ajudar de alguma forma e sempre se dedicar

a mim

Nuacutebia minha linda obrigado por estar ao meu lado sempre Ateacute nos

dias em que fazia um sol lindo laacute fora e eu estava no quarto fazendo

trabalho e vocecirc natildeo saia de perto de mim Obrigado por sua plena

dedicaccedilatildeo amor e carinho por mim e espero retribuir tudo em dobro Te

amo muito

Aos meus amigos obrigado pelo apoio e por natildeo deixar que um

tropeccedilo ou uma pedra no caminho me atrapalhasse

Ao meu orientador e grande amigo Marcelo Mikosz (caroccedilo) valeu

por tudo

Pai onde vocecirc estiver dedico todo o meu sucesso a vocecirc e espero

que no dia da minha formatura vocecirc esteja assistindo ai de cima

Aos professores muito obrigado por todos os ensinamentos passados

ao longo desses seis longos anos aleacutem de mestres vocecircs satildeo nossos

pais tambeacutem que nos ensinam a enxergar o mundo e as coisas de outra

forma mas sempre visando o bem e o sucesso de todos

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v

SumaacuterioLista de Tabelas vii

Lista de Figurasviii

Lista de Siglas ix

Resumox

Abstract xi

Introduccedilatildeo 12

1 Aspectos Gerais13

11 Tema 13

12 Objetivos 13

13 Motivaccedilatildeo 13

2 Descriccedilatildeo14

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica17

31 Microprocessador RCM300017

32 Banco de dados19

33 Protocolo TCPIP 20

34 Linguagem CC++ 21

35 Sensores22

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica25

41 Especificaccedilatildeo do Hardware 25

411 Funccedilotildees do Hardware 26

412 Componentes utilizados 27

413 Ambiente de desenvolvimento27

414 Diagrama em blocos27

415 Comunicaccedilatildeo 28

42 Especificaccedilatildeo do Software 29

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento29

422 Interface com o usuaacuterio 29

423 Diagrama em blocos do software30

5 Projeto do Software 31

51 Objetivos 31

521 Diagramas de casos de uso 31

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso31

523 Prioridades dos Casos de uso 33

524 Diagrama de classes 33

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vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 5: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

v

SumaacuterioLista de Tabelas vii

Lista de Figurasviii

Lista de Siglas ix

Resumox

Abstract xi

Introduccedilatildeo 12

1 Aspectos Gerais13

11 Tema 13

12 Objetivos 13

13 Motivaccedilatildeo 13

2 Descriccedilatildeo14

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica17

31 Microprocessador RCM300017

32 Banco de dados19

33 Protocolo TCPIP 20

34 Linguagem CC++ 21

35 Sensores22

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica25

41 Especificaccedilatildeo do Hardware 25

411 Funccedilotildees do Hardware 26

412 Componentes utilizados 27

413 Ambiente de desenvolvimento27

414 Diagrama em blocos27

415 Comunicaccedilatildeo 28

42 Especificaccedilatildeo do Software 29

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento29

422 Interface com o usuaacuterio 29

423 Diagrama em blocos do software30

5 Projeto do Software 31

51 Objetivos 31

521 Diagramas de casos de uso 31

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso31

523 Prioridades dos Casos de uso 33

524 Diagrama de classes 33

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vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

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ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

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1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 6: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

vi

525 Diagramas de sequumlecircncia35

53 Dados36

531 Modelo Relacional 36

54 Firmware36

541 Diagrama de estados36

542 Fluxograma 37

543 Descriccedilatildeo do fluxograma38

61 Conversor AD39

62 Sensor de temperatura40

63 Sensor de pressatildeo42

64 Sensor de umidade42

65 Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) 44

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto 45

71 Testes de Software 45

72 Testes de Hardware45

73 Validaccedilatildeo do Projeto 45

8 Estimativa de Investimento46

9 Resultados47

10 Conclusatildeo48

Referecircncias Bibliograacuteficas 49

ANEXO A50

ANEXO B51

ANEXO C51

ANEXO D52

ANEXO E53

Cronograma de atividades56

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vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 7: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

vii

Lista de Tabelas

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 18

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados 19

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232 29

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema 32

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios 32

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema 32

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso 33

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados 36

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware37

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda39

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo 39

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura 41

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar43

Tabela 14 - Custos do projeto46

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viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 8: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

viii

Lista de Figuras

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura 14

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido15

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo 16

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC16

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI21

Figura 6 ndash Camadas TCPIP21

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos25

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware 28

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software 30

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso31

Figura 11 ndash Diagrama de Classes 34

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema 35

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema 35

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios 36

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware 37

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware 38

Figura 17 ndash LM3540

Figura 18 ndash MPX53 42

Figura 19 ndash Rain Gaunge 44

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ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 9: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

ix

Lista de Siglas

NCET ndash Nuacutecleo de Ciecircncias Exatas e Tecnoloacutegicas

UNICENP ndash Centro Universitaacuterio Positivo

TCPIP ndash Protocolo de comunicaccedilatildeo internet

RAM ndash Memoacuteria de acesso randocircmico

IrDa ndash Infra-vermelho

SGBD ndash Sistema gerenciador de banco de dados

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x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 10: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

x

Resumo

Implementaccedilatildeo de um sistema de monitoraccedilatildeo de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

apresentado para o curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia da Computaccedilatildeo no Centro

Universitaacuterio Positivo

O objetivo desse projeto eacute desenvolver um sistema de grande utilidade na aacuterea

meteoroloacutegica e em outras aacutereas como industrial escritoacuterios e ate mesmo em casa

A manipulaccedilatildeo das informaccedilotildees e sua visualizaccedilatildeo satildeo de faacutecil compreensatildeo O

software permite tal facilidade por ser totalmente usual

Existem projetos utilizando outros controladores e outros recursos tambeacutem mas

com aplicaccedilatildeo sobre o microprocessador Rabbit este seraacute um dos pioneiros dessa

linha O processador permite infinitas aplicaccedilotildees e essa eacute uma delas Alguns de seus

muitos recursos seratildeo aproveitados como conexatildeo ethernet armazenamento em

memoacuteria porta serial leitura e escrita de dados etc

O projeto eacute viaacutevel e sua manutenccedilatildeo eacute simples e com certeza ao final do mesmo

poderatildeo ser produzidas outras unidades com melhorias e comercializadas

As estaccedilotildees meteoroloacutegicas moacuteveis estatildeo tomando seu lugar no mercado e

substituindo estaccedilotildees grandes e de alto custo Este projeto pode ser mais uma opccedilatildeo

para o mercado como soluccedilatildeo de pequeno porte mas de grande utilidade

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xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 11: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

xi

Abstract

Implementation of a system of monitoration of meteorological station presented

for the course of Graduation in Engineering of the Computation University Center

Positive

The objective of this project is to develop a simple system but of great utility in the

meteorological area and other areas as industrial offices and ties exactly in house

The manipulation of the information is simple as much its visualization that is of

easy understanding Software allows such usual and manipulable easiness for being

total

Other projects exist many as this that this being presented using other controllers

and other resources also but with application on the Rabbit microprocessor will be one

of the pioneers of this line The processor allows to infinite applications and this is one

of them Some of its many resources will be used to advantage as connection Ethernet

storage in memory serial door reading and writing of data etc

The project is viable and its maintenance is simple and with certainty to the end of

exactly other units with improvements could be produced and be commercialized

The mobile meteorological stations are taking its place in the market and

substituting great stations and of high cost This project can be plus an option for the

market as solution of small transport but of great utility

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12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 12: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

12

Introduccedilatildeo

As tecnologias remotas oferecidas no mercado atual raramente relacionam

alguma soluccedilatildeo para a aacuterea de meteorologia

O presente projeto apresenta uma forma de obter as informaccedilotildees mais detalhadas

possiacuteveis de uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica atraveacutes do acesso remoto O mesmo natildeo se

trata de transmissatildeo sem fio como por exemplo wireless ou bluetooh pois esses

meios limitam o alcance a pequenas distacircncias A internet serviraacute como base principal

para o acesso as informaccedilotildees obtidas pelo sistema Essas informaccedilotildees poderatildeo ser

utilizadas para vaacuterios fins como o desenvolvimento de paacuteginas que fornecem as

condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local

Estaccedilatildeo meteoroloacutegica eacute o local onde o observador faz a avaliaccedilatildeo de um ou de

diversos elementos meteoroloacutegicos em um determinado momento da observaccedilatildeo As

avaliaccedilotildees de alguns elementos meteoroloacutegicos dependem da exposiccedilatildeo dos

instrumentos A fim de que as observaccedilotildees em diferentes estaccedilotildees possam ser

comparaacuteveis as exposiccedilotildees devem ser semelhantes Uma aacuterea de terreno cercada

coberta de grama curta eacute satisfatoacuteria para os instrumentos externos contanto que

estejam convenientemente localizados Os instrumentos devem estar longe da accedilatildeo

imediata das aacutervores e edifiacutecios e numa posiccedilatildeo que garanta uma representaccedilatildeo

correia das condiccedilotildees de meio ambiente A estaccedilatildeo natildeo deve tanto quanto possiacutevel

estar localizada sobre ou proacuteximo a margens de rios ladeiras cordilheiras penhascos

ou pequenos vales Eacute tambeacutem importante evitar a imediata proximidade de grandes

edifiacutecios Uma estaccedilatildeo climatoloacutegica deve ser localizada de maneira a ser

representativa da aacuterea na qual estaacute situada Sua localizaccedilatildeo deve obedecer a uma

disposiccedilatildeo que atenda a uma operaccedilatildeo contiacutenua durante pelo menos 10 anos e natildeo

modifique a exposiccedilatildeo por longo periacuteodo a menos que sirva a um objetivo especial

que justifique o seu funcionamento por um periacuteodo mais curto

Pensando em uma alternativa diferente propotildee-se no presente projeto uma

soluccedilatildeo mais avanccedilada com sistema microprogramaacutevel com sensores de menor custo

e acesso agraves informaccedilotildees remotamente A aplicaccedilatildeo se daraacute a pequenas estaccedilotildees pois

o desenvolvimento para estaccedilatildeo de grande porte depende de sensores de precisatildeo

muito maior e exatidatildeo dos dados e caacutelculos estatiacutesticos

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13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 13: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

13

1 Aspectos Gerais11 Tema

O tema principal do projeto eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo

de estaccedilatildeo meteoroloacutegica automatizada que forneccedila todas as informaccedilotildees climaacuteticas

necessaacuterias via acesso remoto ou local

O sistema consiste num moacutedulo de aquisiccedilatildeo que fornece as informaccedilotildees obtidas

pelos sensores acoplados ao mesmo que por sua vez possui uma interface serial para

fazer a comunicaccedilatildeo local e uma interface Ethernet para acesso remoto

O projeto de hardware consiste num microprocessador (RCM3000) que seraacute

programado para fazer a leitura dos dados atraveacutes dos sensores armazenar parte

desses dados e servir de fonte de acesso para o controle serial e via internet

12 Objetivos

O objetivo principal eacute o desenvolvimento de um sistema de monitoraccedilatildeo que seja

possiacutevel agilizar o processo de consulta e verificaccedilatildeo pelo administrador do sistema

das informaccedilotildees sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado

A funcionalidade principal seraacute o controle remoto do sistema sendo possiacutevel

configurar e receber os dados da monitoraccedilatildeo

13 Motivaccedilatildeo

A ideacuteia do projeto era criar uma soluccedilatildeo baseada no microprocessador RCM3000

no intuito de conhecer o mesmo suas funccedilotildees capacidade de processamento e

programaccedilatildeo A decisatildeo de utilizar o microprocessador se deu pela grande diferenccedila

do mesmo em relaccedilatildeo aos microprocessadores comercialmente utilizados em projetos

de pequeno porte como o 8051 ou ATMega

O desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo natildeo fica exclusivamente de uso

para uma estaccedilatildeo meteoroloacutegica mas pode ser adaptado a qualquer tipo de sistema

de monitoramento bastando apenas configurar o moacutedulo de aquisiccedilatildeo para outros

tipos de sensores o que torna o sistema um meio geneacuterico de monitoraccedilatildeo

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14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 14: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

14

2 DescriccedilatildeoEste projeto tem como objetivo obter dados sobre as condiccedilotildees climaacuteticas de uma

localidade qualquer mais precisamente a temperatura a umidade a pressatildeo

atmosfeacuterica e a precipitaccedilatildeo

Para um melhor controle das mediccedilotildees climaacuteticas realizadas pelo sistema o

mesmo grava em tempo real o valor lido pelos sensores no banco de dados Desta

forma o operador do sistema pode analisar as informaccedilotildees coletadas no momento que

desejar

Como moacutedulo adicional foi proposto a implantaccedilatildeo de um sistema de mensagens

SMS para fazer consultas sobre as condiccedilotildees climaacuteticas do local monitorado e para o

administrador ser avisado de eventuais problemas

O projeto teraacute quatro moacutedulos de hardware satildeo eles moacutedulo do sensor de

temperatura moacutedulo do sensor de bulbo uacutemidobulbo seco moacutedulo sensor de pressatildeo

e moacutedulo do conversor analoacutegico para digital

O moacutedulo do Sensor de Temperatura consiste no envio do valor medido pelo

sensor para um amplificador operacional onde o valor do sinal teraacute um ganho de dez

vezes Isto eacute necessaacuterio devido aos valores lidos pelo sensor serem muito baixos jaacute

que o sensor usado (LM35) eacute um sensor linear e possui sensibilidade referente a

10mVordmC Depois de amplificado o sinal ele eacute passado para o ADC que por sua vez iraacute

converter o sinal em niacuteveis e enviaacute-lo agraves portas do microprocessador O sistema estaacute

preparado para controlar temperaturas de 0ordm a 50ordm onde para 0V tecircm-se 0ordmC e para 5V

tecircm-se 50ordmC Portanto a funccedilatildeo utilizada para o caacutelculo da temperatura foi o valor lido

pelo ADC multiplicado por 019 que eacute o fator de conversatildeo do ADC

A Figura 1 representa o moacutedulo do sensor de temperatura

Figura 1 ndash Moacutedulo de Sensor de Temperatura

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15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 15: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

15

O moacutedulo do Sensor de Umidade foi feito utilizando como sensor de umidade dois

sensores de temperatura (LM35) utilizando-se o princiacutepio do bulbo seco e do bulbo

uacutemido Este meacutetodo consiste em envolver um dos sensores com algum material

permeaacutevel e mantecirc-lo umidecido com aacutegua Para que o sistema apresente uma boa

precisatildeo os dois sensores devem ser expostos a uma corrente de ar constante que

pode ser produzida utilizando-se um pequeno cooler Para o caacutelculo da umidade

utilizou-se uma tabela onde as linhas representam a diferenccedila de temperatura entre os

dois sensores e as colunas correspondem ao valor lido pelo sensor correspondente ao

bulbo seco

Este moacutedulo seraacute responsaacutevel pelo envio dos valores medidos pelos sensores de

bulbo seco e bulbo uacutemido O valor do sinal recebe o mesmo tratamento que os sinais

do moacutedulo de temperatura

A Figura 2 representa o moacutedulo do sensor de umidade

Figura 2 ndash Moacutedulo do Sensor de Bulbo Seco e Bulbo Uacutemido

O moacutedulo do Sensor de Pressatildeo foi feito utilizando o transdutor de pressatildeo

MPX53DP da MOTOROLA Semiconductor

O sensor de pressatildeo trabalha com uma pressatildeo relativa a intenccedilatildeo aqui era

medir a pressatildeo atmosfeacuterica entatildeo num dia foi fechada uma das entradas e a entrada

secundaacuteria de pressatildeo foi deixada aberta

Esse sensor nos daacute uma tensatildeo diferencial relativa agrave pressatildeo portanto eacute preciso

condicionar o sinal O condicionamento foi feito utilizando um amplificador de

instrumentaccedilatildeo INA128

Como o sensor tem um offset inicial temos que prover um sinal de referecircncia para

o amplificador de instrumentaccedilatildeo para que ele retire esse offset Isto foi feito

utilizando-se um OPA277 seguindo o circuito que estaacute no ANEXO D

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16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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Cronograma de atividades

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Page 16: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

16

A Figura 3 representa o moacutedulo do sensor de pressatildeo

Figura 3 ndash Moacutedulo Sensor de Pressatildeo

O moacutedulo do ADC (conversor analoacutegicodigital) eacute responsaacutevel por receber a leitura

analoacutegica dos trecircs sensores existentes no sistema e convertecirc-la para digital com a

finalidade de serem lidos pelos ports do microprocessador

A Figura 4 representa o moacutedulo ADC

Figura 4 ndash Moacutedulo ADC

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17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 17: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

17

3 Fundamentaccedilatildeo Teoacuterica31 Microprocessador RCM3000

O microprocessador RCM3000 eacute um moacutedulo desenhado para a induacutestria de

automaccedilatildeo comercial e industrial que agrega o processador de alto desempenho

Rabbit3000 conector ethernet memoacuterias RAM e Flash cristal e disponibiliza pinos de

ES [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Com este conjunto de recursos integrados numa uacutenica placa o RCM3000

tambeacutem reduz o ciclo de desenvolvimento de projetos e comercializaccedilatildeo das soluccedilotildees

bem como o tamanho dos equipamentos finais [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

Para os fabricantes de equipamentos de automaccedilatildeo como coletores de dados

terminais de venda e balanccedilas - um dos principais benefiacutecios da RCM3000 eacute a

conectividade ethernet que eacute uma caracteriacutestica fundamental para tornar estes

produtos competitivos com baixo custo de implementaccedilatildeo [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

O RCM3000 tambeacutem pode ser adquirido com uma plataforma de desenvolvimento

de baixo custo que inclui compilador C extendido biblioteca de drivers TCP-IP

completo e exemplos de programaccedilatildeo e uma placa de desenvolvimento O kit de

desenvolvimento completo tem preccedilo sugerido de US$29900 [ZWorld RCM3000

RabbitCore]

bull Caracteriacutesticas

o 33 V para operaccedilatildeo

o Microprocessador Powerful Rabbit 3000trade

o Baixo-EMI (tiacutepico lt10 dB microVm 3 m)

o Ponto Ethernet integrado para simples conectividade

o 512K Flash512K SRAM

o 52 IO digitais

o 6 portas seriais (IrDA SDLCHDLC Async SPI)

o Modos de baixa energia sleepy modes (lt2mA)

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18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 18: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

18

A Tabela 1 apresenta as especificaccedilotildees do microprocessador RCM3000

Tabela 1 ndash Especificaccedilotildees do RCM3000 [ZWorld RCM3000RabbitCore]

RabbitCore RCM3000

FEATURE RCM3000 RCM3010

Microprocessor Rabbit 3000 at 294 MHz

EMI Reduction Spectrum spreader for reduced EMI (radiated emissions)

Ethernet Port 10Base-T RJ-45 2 LEDs

Flash 512K (2 x 256K) 256K

SRAM 512K 128K

Backup Battery Connection for user-supplied battery (to support RTC and SRAM)

General-Purpose IO

52 digital IO

bull 44 configurable IO

bull 4 fixed inputs

bull 4 fixed outputs

Additional Inputs 2 Startup Mode Reset In

Additional Outputs Status Reset Out

Auxiliary IO Bus 8 data and 6 address (shared with IO) plus IO Read-Write

Serial Ports

6 CMOS-compatible

bull 6 configurable as asynchronous (with IrDA) 4 as clocked serial (SPI) and 2 as SDLCHDLC(with IrDA)

bull 1 asynchronous clocked serial port dedicated for programming

bull Support for MIRSIR IrDA transceiver

Serial Rate Max asynchronous baud rate = CLK8

Slave InterfaceSlave port permits use as master or intelligent peripheral

with Rabbit-based or other master controller

Real-Time Clock Yes

Timers Ten 8-bit timers (6 cascadable from the first) and one 10-bit timer with 2 match registers

WatchdogSupervisor Yes

Pulse-Width Modulators 10-bit free-running counter and four pulse-width registers

Input Capture 2-channel input capture can be used to time input signals from various port pins

Quadrature Decoder 2-channel quadrature decoder accepts inputs from external incremental encoder modules

Power315ndash345 V DC150 mA 33 V

Operating Temp ndash40deg to +70degC

Humidity 5ndash95 noncondensing

Connectors Two 2 x 17 (2 mm pitch)

Board Size273 times 185 times 086(69 times 47 times 22 mm)

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19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 19: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

19

32 Banco de dados

Um banco de dados pode ser definido como um conjunto de dados devidamente

relacionados Por dados podemos compreender como fatos conhecidos que podem ser

armazenados e que possuem um significado impliacutecito Um banco de dados possui as

seguintes propriedades

bull um banco de dados eacute uma coleccedilatildeo loacutegica coerente de dados com um significado

inerente uma disposiccedilatildeo desordenada dos dados natildeo pode ser referenciada

como um banco de dados

bull um banco de dados eacute projetado construiacutedo e populado com dados para um

propoacutesito especiacutefico um banco de dados possui um conjunto preacute definido de

usuaacuterios e aplicaccedilotildees

bull um banco de dados representa algum aspecto do mundo real o qual eacute chamado

de mini-mundo qualquer alteraccedilatildeo efetuada no mini-mundo eacute automaticamente

refletida no banco de dados

Um banco de dados pode ser criado e mantido por um conjunto de aplicaccedilotildees

desenvolvidas especialmente para esta tarefa ou por um Sistema Gerenciador de

Banco de Dados (SGBD) Um SGBD permite aos usuaacuterios criarem e manipularem

bancos de dados de propoacutesito geral O conjunto formado por um banco de dados mais

as aplicaccedilotildees que manipulam o mesmo eacute chamado de Sistema de Banco de Dados

A Tabela 2 apresenta a estrutura de um banco de dados

Tabela 2 ndash Estrutura de banco de dados

Nome da estrutura DescriccedilatildeoTabelas Estrutura criada para armazenar os dados propriamente

ditos Suas colunas chamam-se campos e suas linhaschamam-se registros

Visotildees Tabelas virtuais criadas a partir das tabelas fiacutesicasexistentes no banco de dados As Views geralmente satildeouma simples consulta no banco de dados onde o resultadoda consulta eacute a proacutepria tabela virtual

Procedures Procedimentos padrotildees criados nos bancos de dados parafazer suas devidas atualizaccedilotildees e modificaccedilotildeesGeralmente torna-se procedure uma manipulaccedilatildeo bastantefrequumlente que ocorre no banco ou quando satildeo operaccedilotildeesque se tornam inviaacuteveis de trabalhar na proacutepria linguagemde consulta do banco

Exceccedilotildees Satildeo as exceccedilotildees que satildeo previstas que ocorram quandoda manipulaccedilatildeo do banco de dados Satildeo levantadas egeradas pelo proacuteprio administrador do banco ao criar umaprocedure por exemplo

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20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 20: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

20

Chaves Responsaacuteveis pela consistecircncia do banco pois satildeo elasque criam os relacionamentos entre tabelas e tambeacutem natildeopermitem que determinado dado jamais se repita dentro deuma mesma tabela Existem dois tipos baacutesicos de chaves

bull Chave primaacuteria responsaacutevel pela unicidade de umcampo em uma tabela Pode ser simples oucomposta por um ou mais campos

bull Chave estrangeira criada para manter orelacionamento entre duas eou mais tabelas

Funccedilotildees Criadas para auxiliar a manipulaccedilatildeo do banco de dadospodendo ser invocada de dentro de uma proceduretrigger view ou uma simples consulta no banco

Generators Geralmente usados para criar campos de auto-numeraccedilatildeoTriggers Satildeo funccedilotildees que se ativam quando ocorre uma

determinada operaccedilatildeo de manipulaccedilatildeo dentro de umatabela especiacutefica Estas muitas vezes chegam ateacute a fazermodificaccedilotildees em outras tabelas Satildeo classificadas emquatro tipos baacutesicos

bull Before Insert antes de uma inserccedilatildeobull Before update antes de uma atualizaccedilatildeobull After insert depois de uma inserccedilatildeobull After update depois de uma atualizaccedilatildeo

Iacutendices Criados para ajudar a agilizar todo o processo de consultaeou ordenaccedilatildeo dos dados das tabelas

33 Protocolo TCPIP

A arquitetura TCPIP surgiu por causa do Departamento de Defesa do governo

dos Estados Unidos da Ameacuterica (DoD - Department of Defense) com objetivo principal

de manter conectados mesmo que apenas em parte oacutergatildeos do governo e

universidades

A ARPANET surgiu como uma rede que permaneceria intacta caso um dos

servidores perdesse a conexatildeo e para isso ela necessitava de protocolos que

assegurassem tais funcionalidades trazendo confiabilidade flexibilidade e que fosse

faacutecil de implementar Foi desenvolvida entatildeo a arquitetura TCPIP

O modelo TCPIP quando comparado com o modelo OSI tem duas camadas que

se formam a partir da fusatildeo de algumas camadas elas satildeo as camadas de Aplicaccedilatildeo

(Aplicaccedilatildeo Apresentaccedilatildeo e Sessatildeo) e Rede (Link de dados e Fiacutesica) A Figura 5

abaixo mostra uma comparaccedilatildeo entre os dois modelos

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21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 21: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

21

Figura 5 ndash Modelo TCPIP x OSI

A Figura 6 a seguir ilustra o modelo TCPIP com suas camadas seus protocolos

e sua ligaccedilatildeo fiacutesica

Figura 6 ndash Camadas TCPIP

O protocolo TCPIP seraacute utilizado no acesso agraves informaccedilotildees que o

microprocessador iraacute dispor

34 Linguagem CC++

Entre as linguagens de programaccedilatildeo existentes C++ eacute reconhecidamente uma

das mais poderosas Eacute uma ferramenta essencial para engenheiros de software e

programadores profissionais Apresenta grande portabilidade permite integraccedilatildeo faacutecil

com outras linguagens e bibliotecas o que a torna a linguagem ideal para o

desenvolvimento de software de alta qualidade

A linguagem C++ seraacute utilizada no desenvolvimento do software no PC e a

linguagem C seraacute utilizada para programaccedilatildeo do microprocessador que em seu kit

acompanha a ferramenta Dynamic C proacutepria para sua programaccedilatildeo

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22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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Cronograma de atividades

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Page 22: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

22

35 Sensores

Definiccedilatildeo 1 Sensores satildeo dispositivos usados para detectar medir ou gravar

fenocircmenos fiacutesicos tais como calor radiaccedilatildeo etc e que respondem transmitindo

informaccedilatildeo iniciando mudanccedilas ou operando controles [Moreira 2002]

Definiccedilatildeo 2 Sensores satildeo dispositivos que mudam seu comportamento sob a

accedilatildeo de uma grandeza fiacutesica podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal

que indica esta grandeza [Moreira 2002]

Quando os sensores operam diretamente convertendo uma forma de energia em

outra satildeo chamados transdutores Os de operaccedilatildeo indireta alteram suas propriedades

como a resistecircncia a capacitacircncia ou a indutacircncia sob accedilatildeo de uma grandeza de

forma mais ou menos proporcional O sinal de um sensor pode ser usado para detectar

e corrigir desvios em sistemas de controle e nos instrumentos de mediccedilatildeo que

frequumlentemente estatildeo associados aos sistemas de controle de malha aberta (natildeo

automaacuteticos) orientando o usuaacuterio

Os sensores apresentam as seguintes caracteriacutesticas

bull Faixa ou Range representa todos os niacuteveis de amplitude do sinal de entrada

nos quais se supotildeem que o sensor opere [Werneck 1996]

bull Resoluccedilatildeo eacute o menor incremento do sinal de entrada que eacute sensiacutevel ou que

pode ser medido pelo instrumento [Werneck 1996]

bull Linearidade eacute o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza

fiacutesica Quanto maior mais fiel eacute a resposta do sensor ao estiacutemulo Os sensores

mais usados satildeo os mais lineares conferindo mais precisatildeo ao sistema de

controle Os sensores natildeo lineares satildeo usados em faixas limitadas em que os

desvios satildeo aceitaacuteveis ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal

[Werneck 1996]

bull Histerese pode ser explicada da seguinte maneira se o estiacutemulo de entrada

que excita um instrumento ou um sensor crescer ateacute um valor determinado o

instrumento acusaraacute certo valor Mas se o estiacutemulo comeccedilar num valor mais

elevado e decrescer ateacute o mesmo valor anterior o instrumento poderaacute acusar

um valor diferente daquele acusado antes e neste caso haacute uma histerese

Histereses podem ocorrer por diversas razotildees como por exemplo atrito

mecacircnico nos ponteiros de um instrumento de medida resposta de frequumlecircncia

ineacutercia molecular etc [Werneck 1996]

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23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 23: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

23

bull Exatidatildeo ou Erro eacute a diferenccedila absoluta entre o valor real do padratildeo e o valor

medido pelo instrumento Pode ser dada em percentagem ou em partes por

milhatildeo (ppm) quando esse valor eacute muito pequeno Ao ser especificado

costuma-se informar em que escala ou em que valor dentro do range ela eacute

vaacutelida Uma outra maneira eacute informar o erro maacuteximo dentro da escala Quando

trabalhamos com erro relativo este eacute informado em porcentagens do fundo de

escala [Werneck 1996]

bull Precisatildeo ou Repetibilidade eacute a capacidade de se obter o mesmo valor em

diversas medidas Pode ser dado pelo desvio padratildeo das medidas efetuadas de

um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida Em alguns

instrumentos a repetibilidade eacute de fundamental importacircncia [Werneck 1996]

bull Relaccedilatildeo Sinal Ruiacutedo Eacute a relaccedilatildeo entre a potecircncia de um sinal qualquer

presente na saiacuteda de um instrumento e a potecircncia do sinal de ruiacutedo com o sinal

ausente Tambeacutem pode ser dado em decibeacuteis (dB) calculado como sendo vinte

vezes o logaritmo natural da relaccedilatildeo sinal ruiacutedo [Werneck 1996]

bull Estabilidade eacute a capacidade de um circuito eletrocircnico voltar a uma situaccedilatildeo de

regime permanente (steady state) depois de receber um sinal transitoacuterio como

um degrau ou pulso por exemplo Depende principalmente do ganho de

realimentaccedilatildeo e da frequumlecircncia de ressonacircncia do sistema [Werneck 1996]

bull Isolaccedilatildeo eacute a maior tensatildeo que pode estar presente em um determinado circuito

do instrumento ou transdutor sem que haja ruptura da junccedilatildeo dieleacutetrica entre o

determinado ponto e o potencial de terra do instrumento provocando uma

descarga eleacutetrica para outros pontos Eacute uma informaccedilatildeo particularmente

importante quando se trata de seguranccedila do usuaacuterio em aparelhos de medida

de altas tensotildees [Werneck 1996]

bull Resposta de Frequumlecircncia qualquer sistema eletrocircnico que manuseia sinais

eleacutetricos tem suas limitaccedilotildees em frequumlecircncia isto eacute sinais de determinadas

frequumlecircncias satildeo reproduzidos e de outras frequumlecircncias natildeo Desta forma define-

se a resposta de frequumlecircncia como a faixa do espectro que determinado sistema

pode reproduzir [Werneck 1996]

bull Deriva normalmente conhecida como drift representa a mudanccedila de alguma

variaacutevel com o passar do tempo Essa variaccedilatildeo pode ser causada pelo

envelhecimento de algum componente ou por uma elevaccedilatildeo de temperatura por

exemplo A unidade de drift eacute geralmente uma derivada ou seja o drift eacute

sempre dado com relaccedilatildeo a uma outra grandeza [Werneck 1996]

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24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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Cronograma de atividades

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Page 24: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

24

bull Faixa de atuaccedilatildeo eacute o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado

o sensor sem destruiccedilatildeo ou imprecisatildeo [Werneck 1996]

A seguir satildeo apresentadas as caracteriacutesticas dos sensores usados no sistema de

monitoramento de estaccedilatildeo meteoroloacutegica

bull Sensor de Temperatura usado no sistema (LM35) eacute capaz de medir

temperaturas entre 0 e 100 graus Celsius com uma precisatildeo de cerca de 10

de erro ele natildeo necessita ser muito raacutepido jaacute que as medidas satildeo feitas a cada

3 segundos

bull O sensor de Umidade tem uma precisatildeo em torno de 10 a 15 e possui

repetibilidade de valores

bull O sensor de Pressatildeo usado (MPX53DP) trabalha com uma pressatildeo relativa

entatildeo para medir a pressatildeo atmosfeacuterica foi deixada a entrada secundaacuteria de

pressatildeo aberta e primaacuteria fechada Para melhor calibraccedilatildeo esse fechamento

deve ser feito ao niacutevel do mar onde a pressatildeo atmosfeacuterica chega a 1 ATM

bull O Sensor de Precipitaccedilatildeo usado (RG200 ou Rain Gauge) utiliza um sistema de

ativaccedilatildeo via reed switch e por essa leitura ser muito lenta a mesma foi

modificada para um sistema de chaveamento para maior precisatildeo

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25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 25: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

25

4 Especificaccedilatildeo Teacutecnica41 Especificaccedilatildeo do Hardware

Na especificaccedilatildeo teacutecnica eacute apresentada uma visatildeo geral do sistema e uma preacutevia

descriccedilatildeo de cada moacutedulo do projeto

A Figura 7 apresenta o sistema como um todo e suas principais moacutedulos

(a) o moacutedulo meteoroloacutegico que faz a leitura aquisiccedilatildeo dos dados e integraccedilatildeo dos

moacutedulos

(b) o servidor que monitora em tempo real e integral todas as condiccedilotildees do sistema

e faz o armazenamento das informaccedilotildees num banco de dados

(c) o moacutedulo moacutevel que faz o acesso via conexatildeo celular

(d) o moacutedulo de configuraccedilatildeo local que ao mesmo tempo em que faz a

monitoraccedilatildeo faz a programaccedilatildeo do sistema tambeacutem

(e) o modulo adicional que seria o envio e recebimento das mensagens SMS

Figura 7 ndash O sistema e seus moacutedulos

O microprocessador faraacute a aquisiccedilatildeo dos dados obtidos pelos sensores que

estaratildeo conectados ao PortF do mesmo num tempo definido pelo administrador ou a

cada trecircs segundos O controle poderaacute ser feito de trecircs formas

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26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 26: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

26

bull o microprocessador teraacute uma porta serial configurada para o acesso local ndash no

caso da conexatildeo internet falhar o administrador poderaacute fazer o acesso local e

fazer o controle do sistema

bull o sistema estaraacute conectado agrave internet para que possa ser feito o acesso remoto

pelo servidor

bull como modulo adicional existiraacute uma unidade celular que serviraacute para o

controle via SMS

O software basicamente seraacute o mesmo para as 3 operaccedilotildees de controle

mudando somente a forma de conexatildeo para o acesso A conexatildeo poderaacute ser definida

diretamente no software pelo usuaacuterio

O servidor que faz o controle via internet faraacute a monitoraccedilatildeo em tempo integral

para armazenar os dados em um banco de dados que poderatildeo ser utilizados em

outras aplicaccedilotildees como um site que apresenta as condiccedilotildees climaacuteticas de um

determinado local

Se a conexatildeo internet apresentar problemas o moacutedulo meteoroloacutegico armazenaraacute

as informaccedilotildees na memoacuteria alocada Quando atingir um niacutevel de 80 de capacidade

armazenada o sistema utilizaraacute o moacutedulo celular para enviar um SMS para o

administrador informando a situaccedilatildeo Se natildeo forem descarregados esses dados da

memoacuteria do sistema o mesmo automaticamente iraacute sobrepor os dados mais antigos

com dados atuais

O hardware eacute constituiacutedo basicamente na parte de aquisiccedilatildeo pelos

sensores(temperatura pressatildeo umidade e volume de chuva) que estatildeo interligados ao

microprocessador que faz a leitura dos mesmos e envia para o moacutedulo ao qual ele

estiver conectado

A leitura dos dados eacute interpretada pelo software que atualiza o banco de dados

toda vez que eacute feita uma nova mediccedilatildeo

411 Funccedilotildees do Hardware

O hardware tem um comportamento totalmente autocircnomo ou seja natildeo existiraacute

nenhuma funccedilatildeo a ser configurada no mesmo Toda a configuraccedilatildeo do sistema seraacute

feita atraveacutes do software O hardware tem como funccedilatildeo fazer a aquisiccedilatildeo dos dados e

envia-los ao computador

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27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 27: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

27

412 Componentes utilizados

Os principais componentes empregados no sistema satildeo

bull Microprocessador RCM3000

bull Sensor de temperatura LM35

bull Sensor de umidade utilizando meacutetodo do bulbo secouacutemido (LM35)

bull Sensor de pressatildeo atmosfeacuterica (MPX53DP)

bull Sensor de volume de chuvas (Global Water)

bull Amplificador de instrumentaccedilatildeo INA128

bull Amplificador operacional OPA277

bull Amplificador operacional UA741

bull Conversor AnaloacutegicoDigital ADC0808

bull Resistores

bull Capacitores

bull Potenciocircmetros

bull Conversor de tensatildeo 5V para +15V-15V PT5062

bull Regulador de tensatildeo UA7805

413 Ambiente de desenvolvimento

Para desenvolver e eliminar erros de programas para o RCM3000 seraacute preciso

usar o Dynamic C eacute um sistema de desenvolvimento integrado para o software Eacute

projetado para o uso com os controladores Z-World e os outros controladores

baseados no microprocessador da rabbit O software fornece as bibliotecas as

ligaccedilotildees de controle e os programas de amostra relacionados ao RCM3000

414 Diagrama em blocos

Se o servidor ou o moacutedulo local estiver conectado ao moacutedulo de aquisiccedilatildeo o

mesmo trataraacute de enviar as informaccedilotildees a um destes desde que a conexatildeo natildeo falhe

pois se falhar o sistema iraacute armazenar as informaccedilotildees coletadas enquanto natildeo houver

comunicaccedilatildeo com outros dispositivos externos A medida que a memoacuteria alocada do

microprocessador eacute completada as informaccedilotildees mais antigas seratildeo sobrepostas pelas

mais atuais Quanto houver comunicaccedilatildeo com algum dispositivo externo o sistema

descarregara a memoacuteria enviando todas as informaccedilotildees contidas e continuaraacute com a

transmissatildeo normalmente Na Figura 8 eacute apresentado o diagrama em blocos do

funcionamento do hardware

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28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 28: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

28

Figura 8 ndash Diagrama em blocos do hardware

415 Comunicaccedilatildeo

A comunicaccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo com o servidor e com o moacutedulo moacutevel

seraacute efetuada atraveacutes de conexatildeo TCPIP A conexatildeo do moacutedulo serial seraacute efetuada

atraveacutes do padratildeo EIA RS-232 para manter a compatibilidade com a interface padratildeo

PC

4151 Serial RS-232

O padratildeo RS-232 tambeacutem referenciado como interface CCITT V24 eacute uma

conexatildeo serial encontrada tipicamente em PCs Eacute utilizado para diversos propoacutesitos

como conexatildeo de mouse impressora modem bem como instrumentaccedilatildeo industrial

Poreacutem este padratildeo eacute limitado agrave conexatildeo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o

dispositivo [National Instruments What is serial]

Uma das portas seriais do RCM3000 estaraacute preacute-configurada para o acesso local

bastando apenas conectar o PC que faraacute o acesso O sistema que estaraacute a espera de

um dispositivo para conexatildeo iraacute monitorar o tempo todo tanto a conexatildeo serial quanto

a TCPIP para que possa descarregar as informaccedilotildees armazenadas e prosseguir com

a transmissatildeo [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

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29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

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Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 29: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

29

ATabela 3 apresente alguns paracircmetros de transmissatildeo serial

Tabela 3 ndash Padratildeo RS-232

Paracircmetros EIA RS-232

Taxa de transmissatildeo 19200 bps (max)

Distacircncia de

transmissatildeo 15 m (max)

Processo Desbalanceado

Transmissores 1

Receptores 1

Princiacutepio Full-duplex ponto-a-ponto

4152 TCPIP

Eacute possiacutevel atraveacutes do ponto Ethernet do RCM3000 configurar uma conexatildeo

TCPIP para o acesso agraves informaccedilotildees remotamente A unidade ou moacutedulo de

aquisiccedilatildeo se portaraacute como um ponto de rede onde seraacute possiacutevel o acesso via IP o

qual o servidor ou o moacutedulo moacutevel o faraacute para descarregar os dados obtidos pelos

sensores [ZWorld RCM3000 RabbitCore]

42 Especificaccedilatildeo do Software

421 Linguagem e ferramenta de desenvolvimento

A linguagem de programaccedilatildeo escolhida para o desenvolvimento do software eacute a

linguagem C++ orientada a objetos Utilizando o Borland C++ Builder como ambiente

de programaccedilatildeo e criaccedilatildeo de interface graacutefica para a interaccedilatildeo do usuaacuterio com o

sistema

O banco de dados utilizado para o armazenamento de dados eacute a base do

Interbase da Borland

422 Interface com o usuaacuterio

A interface do sistema com o usuaacuterio eacute feita atraveacutes do software no computador

desenvolvido para ambiente graacutefico rodando no sistema operacional Microsoft

Windows

Atraveacutes do software o usuaacuterio poderaacute definir as formas de conexatildeo com o

sistema visualizar dados armazenados tanto de dias anteriores como atuais gerar

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30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 30: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

30

relatoacuterios com os dados armazenados em banco de dados receber informaccedilotildees das

condiccedilotildees de funcionamento do sistema (ex se algum sensor natildeo esta respondendo)

e enviar comandos de ajuste do sistema

423 Diagrama em blocos do software

As funccedilotildees que o software possui inicialmente satildeo

bull Definiccedilatildeo do modo de conexatildeo

bull Exibiccedilatildeo dos dados obtidos na tela em tempo real

bull Monitoramento da conexatildeo

bull Armazenamento dos dados em um BD

bull Consultas relatoacuterios e impressatildeo dos dados

bull Configuraccedilatildeo do moacutedulo de aquisiccedilatildeo

Diagrama em blocos do software eacute apresentado pela Figura 9

Figura 9 ndash Diagrama em blocos do software

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31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 31: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

31

5 Projeto do Software51Objetivos

O software do computador tem como objetivo monitorar armazenar e analisar

dados referentes agraves condiccedilotildees climaacuteticas de um determinado local Os dados seratildeo

coletados pela unidade metereoloacutegica e o software faraacute o tratamento dos mesmos

52 Loacutegica

521 Diagramas de casos de uso

A Figura 10 mostra o diagrama de casos de uso do software

Figura 10 ndash Diagrama de casos de uso

522 Descriccedilatildeo de Casos de uso

Abaixo segue a descriccedilatildeo dos casos de uso do software e suas tiacutepicas

sequumlecircncias de eventos

Caso de Uso Configurar sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem obtidos e escolhe o tipo de

conexatildeo

Tipo Primaacuterio

Propoacutesito Inicializar o sistema

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32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 32: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

32

Tabela 4 ndash Caso de uso Configurar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1

O Administrador selecionaos dados a seremmonitorados e a conexatildeopara transmissatildeo

O sistema ativa os sensoresselecionados e comeccedila a transmitiratraveacutes da conexatildeo definida peloAdministrador

Caso de Uso Gerar relatoacuterios

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador seleciona os dados a serem pesquisados

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Estudar as condiccedilotildees climaacuteticas de dias passados atraveacutes das

informaccedilotildees armazenadas

Tabela 5 ndash Caso de uso Gerar Relatoacuterios

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador selecionaos dados a serempesquisados

O sistema abre uma janela com asinformaccedilotildees requisitadas

Caso de Uso Alterar Sistema

Ator Administrador

Descriccedilatildeo Administrador pode alterar os sensores a serem monitorados ativando

e desativando-os Apoacutes isso eacute possiacutevel atualizar o sistema para obter

as novas leituras

Tipo Secundaacuterio

Propoacutesito Isso pode auxiliar no caso de medidas isoladas de dados ou mesmo se

algum sensor falhar ele pode ser desativado via software enquanto eacute

feita sua manutenccedilatildeo

Tabela 6 ndash Caso de uso Alterar Sistema

Tiacutepica Sequumlecircncia de EventosAtor Sistema

1O Administrador altera ossensores a seremmonitorados

O sistema atualiza as informaccedilotildees epassa a monitorar os sensoresselecionados

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33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 33: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

33

523 Prioridades dos Casos de uso

Na Tabela 7 satildeo exibidas as prioridades dos casos de uso

Tabela 7 ndash Prioridades dos Casos de uso

Caso de Uso Prioridade Justificativa

Configurar sistema AltaImportante para a inicializaccedilatildeo dasoperaccedilotildees do sistema

Gerar relatoacuterios MeacutediaImportante para o acompanhamento dascondiccedilotildees climaacuteticas ao longo dos dias

Alterar sistema MeacutediaImportante para obtenccedilatildeo de dadosindividuais e manutenccedilatildeo dos sensores

524 Diagrama de classes

Na Figura 11 eacute apresentado o diagrama de classes do software

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34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 34: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

34

Figura 11 ndash Diagrama de Classes

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35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 35: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

35

525 Diagramas de sequumlecircncia

Na Figura 12 eacute apresentado o diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso

Configurar Sistema

Figura 12 ndash Diagrama de sequumlecircncia Configurar Sistema

Diagrama de sequumlecircncia para o caso de uso Atualizar Sistema visto na Figura 13

Figura 13 ndash Diagrama de sequumlecircncia Atualizar Sistema

O caso de uso Gerar Relatoacuterios tem a funccedilatildeo de gerar relatoacuterios e graacuteficos dos

dados armazenados O diagrama de sequumlecircncia para este caso eacute mostrado na Figura

14

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36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 36: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

36

Figura 14 ndash Diagrama de sequumlecircncia Gerar Relatoacuterios

53 Dados

531 Modelo Relacional

Devido a existecircncia de apenas uma tabela para armazenar os dados natildeo haacute

necessidade de especificar um MER (Modelo Entidade Relacionamento)

Na Tabela 8 eacute apresentada a estrutura para armazenamento dos dados

Tabela 8 ndash Estrutura para armazenamento de dados

Dados

Data DateTime

Temperatura Float

Umidade Float

Pressao Float

Pluv Float

54 Firmware

A funccedilatildeo do firmware eacute sempre verificar a conexatildeo para poder transmitir os dados

obtidos pelos sensores e sempre que houver falha armazena-los em memoacuteria para que

natildeo sejam perdidos Essa armazenagem se daraacute ateacute o momento em que a conexatildeo for

restabelecida ou que o administrador conecte um PC na saiacuteda serial para descarregar

as informaccedilotildees

541 Diagrama de estados

A Figura 15 mostra o diagramas de estado do firmware A descriccedilatildeo dos estadosencontra-se na

Tabela 9

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37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 37: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

37

Tabela 9 ndash Descriccedilatildeo dos estados do firmware

Estado Descriccedilatildeo

Ativaccedilatildeo No momento da ativaccedilatildeo do sistema o mesmo teste se haacute conexatildeo

e ativa a leitura dos dados pelos sensores

Conexatildeo Testa a porta tanto serial quanto TCPIP e retorna o status de qual

esta ativa ou se as duas estatildeo desativadas

Leitura Esse estado apenas faz a leitura dos dados obtidos pelos sensores

Buffer Esse estado armazena os dados da leitura se a conexatildeo falhar

Transmissatildeo Testa a conexatildeo se estiver ok envia os dados para o PC

Figura 15 ndash Diagrama de estados do firmware

542 Fluxograma

A Figura 16 mostra o funcionamento atraveacutes do fluxograma do firmware desdequando eacute ligado ateacute a fase de transmissatildeo ou armazenagem se a conexatildeo falhar

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38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

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httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 38: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

38

Figura 16 ndash Fluxograma de funcionamento do firmware

543 Descriccedilatildeo do fluxograma

bull Ativar quando todos os dispositivos satildeo conectados ao moacutedulo metereoloacutegico o

mesmo pode ser ativado

bull Conexatildeo ativa apoacutes a inicializaccedilatildeo o sistema testa se haacute conexatildeo (TCP ou

Serial) se alguma conexatildeo os sensores satildeo ativados e a leitura comeccedila a ser

feita senatildeo o buffer eacute ativo e em seguida os sensores

bull Conexatildeo OK agrave medida que satildeo feitas as leituras dos sensores o sistema testa

se haacute ou natildeo conexatildeo se sim envia os dados para o servidor senatildeo armazena

em buffer e continua a leitura e os testes

6 Projeto de HardwareO projeto do hardware tem como objetivo definir o moacutedulo que aquisiccedilatildeo dos

dados juntamente com o conversor AD Todos os sensores menor o sensor de

precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro) possuem saiacuteda analoacutegica por isso eacute necessaacuterio o

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39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 39: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

39

conversor AD externo pois todas as ES do Rabbit satildeo digitais e o mesmo natildeo possui

um conversor AD interno

61 Conversor AD

O ANEXO A mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito do conversor Os sinais

de entrada e saiacuteda deste diagrama satildeo representados na Tabela 10

Tabela 10 ndash Sinais de entrada e saiacuteda

Sinal Direccedilatildeo Descriccedilatildeo

Temp_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de temperatura

Umi_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de umidade

Pres_Ana Entrada Entrada dos dados analoacutegicos do sensor de pressatildeo

Temp_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

temperatura

Umi_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

umidade

Pres_Dig Saiacuteda Saiacuteda dos dados convertidos para digital do sensor de

pressatildeo

A

Tabela 11 descreve os sinais de endereccedilo para as entradas analoacutegicas

Tabela 11 ndash Sinais de endereccedilo

Entradas

Endereccedilo

A2 A1 A0

ALE

Entrada

analoacutegica

selecionada

L L L 0

L L H 1

L H L 2

L H H 3

H L L 4

H L H 5

H H L 6

H H H 7

H = Niacutevel alto L = Niacutevel baixo

= transiccedilatildeo baixo-para-alto

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40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 40: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

40

As entradas selecionadas correspondem diretamente as saiacutedas que apoacutes a

digitalizaccedilatildeo dos dados eacute enviado agraves portas do microprocessador

62 Sensor de temperatura

A seacuterie LM35 satildeo circuitos integrados de precisatildeo sensores de temperatura cuja

tensatildeo produzida eacute linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius (ordmC) O

LM35 tem uma vantagem em relaccedilatildeo aos outros sensores de temperatura lineares

calibrados em Kelvin o usuaacuterio natildeo precisa obter uma grande tensatildeo constante e sua

produccedilatildeo para obter a escala em graus Celsius conveniente [Data Sheet LM35 ]

A Figura 17 apresenta o diagrama de conexatildeo(pinos)

Figura 17 ndash LM35

O LM35 natildeo requer nenhuma calibraccedilatildeo externa

Caracteriacutesticas

bull Calibrado diretamente em ordmC

bull Linear + 100 mVordmC

bull 05 ordmC de precisatildeo

bull Alcance de -55 ordmC a 155 ordmC

bull Satisfatoacuterio para aplicaccedilotildees distantes

bull Opera entre 4 a 30 volts

bull Corrente de dreno menor que 60uA

bull Natildeo linearidade tiacutepica de plusmnfrac14 ordmC

bull Baixa impedacircncia de saiacuteda 01 ohm para carga de 1mA

O ANEXO B mostra o diagrama esquemaacutetico do circuito

A Tabela 12 mostra os valores de tensatildeo medidos no sensor equivalentes agraves

respectivas temperaturas e seu valor aproximado da saiacuteda do ADC

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

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ANEXO A

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ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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ANEXO E

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54

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Cronograma de atividades

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41

Tabela 12 ndash Comparativo de valores de tensatildeo em relaccedilatildeo agrave temperatura

Temperatura ordmC Saiacuteda do sensor(mV)

Saiacuteda do Amplificadorcom ganho de 10 (V) Proporccedilatildeo Temp019(ADC)

1 001 01 5263157895 52 002 02 1052631579 113 003 03 1578947368 164 004 04 2105263158 215 005 05 2631578947 266 006 06 3157894737 327 007 07 3684210526 378 008 08 4210526316 429 009 09 4736842105 4710 01 1 5263157895 5311 011 11 5789473684 5812 012 12 6315789474 6313 013 13 6842105263 6814 014 14 7368421053 7415 015 15 7894736842 7916 016 16 8421052632 8417 017 17 8947368421 8918 018 18 9473684211 9519 019 19 100 10020 02 2 1052631579 10521 021 21 1105263158 11122 022 22 1157894737 11623 023 23 1210526316 12124 024 24 1263157895 12625 025 25 1315789474 13226 026 26 1368421053 13727 027 27 1421052632 14228 028 28 1473684211 14729 029 29 1526315789 15330 03 3 1578947368 15831 031 31 1631578947 16332 032 32 1684210526 16833 033 33 1736842105 17434 034 34 1789473684 17935 035 35 1842105263 18436 036 36 1894736842 18937 037 37 1947368421 19538 038 38 200 20039 039 39 2052631579 20540 04 4 2105263158 21141 041 41 2157894737 21642 042 42 2210526316 22143 043 43 2263157895 22644 044 44 2315789474 23245 045 45 2368421053 23746 046 46 2421052632 24247 047 47 2473684211 24748 048 48 2526315789 25349 049 49 2578947368 25850 05 5 2631578947 263

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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43

Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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Cronograma de atividades

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42

63 Sensor de pressatildeo

O sensor piezo-resistivo de pressatildeo MPX53 fornece uma saiacuteda muito exata e

linear da tensatildeo proporcional agrave pressatildeo aplicada A Figura 18 apresenta o sensor e

suas entradas P1 e P2 [Data sheet MPX53 ]

Figura 18 ndash MPX53

Caracteriacutesticas

bull Saiacuteda da tensatildeo versus pressatildeo diferencial aplicada

o A saiacuteda diferencial da tensatildeo do sensor eacute diretamente proporcional agrave

pressatildeo diferencial aplicada

o A tensatildeo da saiacuteda do sensor do diferencial ou do calibre aumenta

com a pressatildeo crescente aplicada ao lado da pressatildeo (P1) relativo

ao lado do vaacutecuo (P2) Similarmente a tensatildeo da saiacuteda aumenta

enquanto o vaacutecuo crescente estaacute aplicado ao lado do vaacutecuo (P2)

relativo ao lado da pressatildeo (P1)

O ANEXO C apresenta seu diagrama esquemaacutetico

64Sensor de umidade

Para calcular a umidade relativa do ar foi utilizado o princiacutepio do bulbo seco e

bulbo uacutemido onde para cada um dos bulbos foi utilizado um LM35 Na

Tabela 13 a linha representa a diferenccedila da temperatura entre o bulbo seco e o

bulbo uacutemido e a coluna representa a temperatura em graus celsius do bulbo seco

cruzando estes valores encontramos a umidade relativa do ar em porcentagem

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Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

tseco 00 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 100 91 82 72 65 56 48 40 31 25 15 8 01 100 91 83 74 66 58 50 41 34 26 18 10 5 02 100 92 84 75 68 60 52 45 37 30 22 15 7 2 03 100 92 84 76 69 62 54 47 40 32 26 18 11 5 04 100 93 85 77 70 64 56 50 42 35 29 24 15 10 3 05 100 93 86 78 72 65 58 51 45 38 32 26 19 13 7 2 06 100 93 86 79 73 66 60 54 47 40 35 29 23 17 10 5 07 100 93 87 79 74 67 61 55 49 43 37 31 26 20 15 9 3 08 100 94 87 80 75 69 63 56 51 45 40 34 29 23 18 13 7 3 09 100 94 88 81 76 70 64 59 53 47 42 36 31 26 21 16 11 6 2

10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 43: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

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Tabela 13 ndash Tabela para mediccedilatildeo e afericcedilatildeo da umidade relativa do ar

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10 100 95 88 82 76 71 65 60 54 49 44 39 34 29 24 19 15 10 511 100 95 88 83 77 72 66 61 56 51 45 41 36 31 27 22 18 13 812 100 95 89 83 78 73 68 63 57 53 47 43 38 33 29 25 20 17 1213 100 95 89 84 78 74 69 64 59 54 48 45 40 36 32 27 23 19 1514 100 95 90 84 79 74 70 65 60 55 50 47 42 38 34 30 26 22 1815 100 95 90 84 80 75 71 66 61 57 52 48 44 40 36 32 28 24 2016 100 95 90 85 81 76 71 67 63 58 53 50 46 42 38 34 30 26 2217 100 95 90 85 81 77 72 68 64 60 55 51 47 43 40 36 32 28 2518 100 95 90 86 82 77 73 69 65 61 56 53 49 45 42 38 34 30 2719 100 95 91 86 82 78 74 70 66 61 57 54 50 46 43 39 36 32 2820 100 96 91 87 83 78 74 71 66 62 58 55 51 47 45 41 39 34 3121 100 96 91 87 83 79 75 71 67 63 60 56 53 49 46 42 39 36 3322 100 96 92 87 83 80 76 72 68 64 61 57 54 50 47 44 40 37 3523 100 96 92 87 84 80 76 72 69 66 62 59 55 52 48 45 42 39 3724 100 96 92 88 84 80 77 73 70 67 63 60 56 53 50 46 44 40 3825 100 96 92 88 84 80 77 74 70 67 63 61 57 54 51 47 45 42 3926 100 96 92 88 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 46 43 4027 100 96 92 88 85 81 78 74 71 69 65 62 58 56 52 50 47 44 4228 100 96 93 89 85 82 78 75 72 69 65 62 59 57 54 51 48 45 4229 100 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 58 55 52 49 46 4430 100 96 93 89 86 83 79 76 73 70 67 64 61 58 55 53 50 47 4531 100 96 93 89 86 83 80 77 73 70 67 64 62 59 56 53 51 48 4632 100 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 60 57 54 52 49 4733 100 96 93 90 87 83 80 77 74 71 69 65 63 60 58 55 53 50 4734 100 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 64 61 58 56 53 51 4835 100 97 94 90 87 84 81 78 75 72 70 67 64 62 59 57 54 52 4936 100 97 94 90 87 84 81 78 76 73 70 67 65 62 60 57 55 52 5037 100 97 94 91 87 84 82 79 76 73 71 68 65 63 60 58 55 53 5138 100 97 94 91 88 85 82 79 76 74 71 68 66 63 61 58 56 54 5239 100 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 57 54 5240 100 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 60 57 55 53

O ANEXO C mostra o esquemaacutetico do circuito do sensor de umidade

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65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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55

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56

Cronograma de atividades

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Page 44: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

44

65Sensor de Precipitaccedilatildeo (Pluviocircmetro)

O Rain Gauge eacute um instrumento duraacutevel no tempo para monitorar a taxa da chuva

e a precipitaccedilatildeo total Com o cuidado miacutenimo forneceraacute muitos anos de serviccedilo A

simplicidade do projeto do Rain Gauge assegura as operaccedilotildees e fornece medidas

exatas da precipitaccedilatildeo A captaccedilatildeo das aacuteguas eacute feita por um funil presente no centro

do Rain Gauge No seu interior possui um ldquobucketrdquo que contem um determinado

volume que depois de preenchido fornece um pulso e atraveacutes desses pulsos eacute feito

calculo do volume de chuvas [manual Rain Gauge]

Abaixo a Figura 19 apresenta o Rain Gauge e seus componentes internos

Figura 19 ndash Rain Gaunge

A leitura do Rain Gauge foi feita por uma interrupccedilatildeo que sempre quando havia

um pulso um contador era incrementado sendo que com o valor desse contador

multiplicado por cinco (medida equivalente do ldquobucketrdquo ndash 5ml) com isso eacute possiacutevel

medir com precisatildeo o volume de chuva

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45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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ANEXO D

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53

ANEXO E

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55

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Cronograma de atividades

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Page 45: Sistema de Monitoração de Estação Meteorológica · 2015. 6. 18. · Centro Universitário Positivo - UNICENP Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas – NCET Engenharia da

45

Utilizando-se interrupccedilatildeo para fazer a leitura dos dados foi preciso modificar a

forma que era dada os pulsos O Rain Gauge utiliza um sistema de Reed Switch(B) e

a cada vez que o sensor magneacutetico passa pelo Reed eacute gerado um pulso Com a

interrupccedilatildeo esse sistema acaba sendo lento pois enquanto o sensor passa pelo Reed

a interrupccedilatildeo continua ativa e isso gera uma contagem incorreta A soluccedilatildeo foi ao final

de cada descida do ldquobucketrdquo gerar o pulso por chaveamento isso evita que a

interrupccedilatildeo ative vaacuterias vezes

7 Especificaccedilatildeo da validaccedilatildeo do projeto71Testes de Software

Para teste do software foi utilizado primeiramente um pequeno software cliente

que conectava e enviava dados para o software do sistema a fim de testar a

funcionalidade e a interaccedilatildeo de cada classe desenvolvida e numa segunda etapa

todos os testes foram feitos com os moacutedulos interligados

72Testes de Hardware

Para realizaccedilatildeo dos testes de hardware foi utilizado o osciloscoacutepio para

verificaccedilatildeo de sinais testes de conversatildeo e valores de tensatildeo dos sensores

Para calibrar os sensores de umidade foi utilizado um termopar para aferir os dois

LM 35 utilizados

Para calibrar o sensor pressatildeo uma de suas entradas foi fechada num

determinado dia e o valor da pressatildeo atmosfeacuterica desse dia foi tomado como padratildeo

Em cima disso foi feita a calibraccedilatildeo atraveacutes do circuito do sensor

Apoacutes a montagem e calibraccedilatildeo dos sensores foram feitos os testes com todos os

moacutedulos interligados

73Validaccedilatildeo do Projeto

Para validaccedilatildeo do projeto aleacutem de testar todos os moacutedulos de hardware e

software foi necessaacuterio verificar o desempenho do sistema jaacute que o sistema deve

funcionar em tempo real Como satildeo analisadas variaccedilotildees ambientais que se modificam

muito lentamente com o passar do tempo natildeo eacute necessaacuteria uma velocidade alta no

recebimento de informaccedilotildees com isto pode-se fazer leituras dos dados a cada 3

segundos ou o usuaacuterio pode definir o tempo de aquisiccedilatildeo

Caso o desempenho do sistema natildeo seja satisfatoacuterio deve-se considerar a

hipoacutetese de se inserir dispositivos mais velozes a fim de tornar o sistema confiaacutevel

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8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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50

ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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52

ANEXO D

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53

ANEXO E

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54

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Cronograma de atividades

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46

8 Estimativa de InvestimentoLevando-se em conta os componentes utilizados e a quantidade de horas de

trabalho eacute apresentada na tabela a estimativa de investimentoscustos deste projeto

para a produccedilatildeo de uma unidade do sistema Natildeo estatildeo sendo considerados os custos

de utilizaccedilatildeo dos equipamentos necessaacuterios para os testes do circuito eletrocircnico como

osciloscoacutepio fonte gerador de funccedilotildees etc e dos softwares utilizados para o

desenvolvimento pois a compra dessas ferramentas encareceria substancialmente os

custos do projeto

A Tabela 14 apresenta uma estimativa de custos do projeto

Tabela 14 - Custos do projeto

Recurso Quantidade Custo unitaacuterio (R$) Custo (R$)

Kit RCM3000 1 90000 90000

ADC0808 1 2845 2845

LM35 2 650 1300

MPX53DP 1 1600 1600

Global Water

RG200

1 43200 43200

Placa Conversor

AD

1 300 300

Placa Padratildeo 1 200 200

Borland Builder

C++

1 200000 200000

Horas de trabalho 660 1000 660000

Total 999445

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47

9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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48

10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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49

Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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ANEXO A

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51

ANEXO B

ANEXO C

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ANEXO D

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ANEXO E

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Cronograma de atividades

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9 ResultadosOcorreram alguns problemas no decorrer do desenvolvimento tais como erros de

conversatildeo de sinais analoacutegicos para digital projeto do sensor de umidade erros de

sincronismo na transmissatildeo TCPIP erros na medida do volume de chuva erros em

banco de dados erros na geraccedilatildeo de graacuteficos etc mas todos corrigidos ateacute a

conclusatildeo do projeto

A principio o sensor de umidade seria um sensor pronto do tipo capacitivo mas

este tipo de sensor tem um custo muito alto e a saiacuteda foi utilizar um sistema mais

simples como o bulbo secouacutemido

Outro problema encontrado foi a conversatildeo dos sinais analoacutegicos para digital pois

foi utilizado uma placa padratildeo (ADC0808) que apresentou vaacuterios problemas como

ilhas que se soltavam das trilhas e isso atrasava o desenvolvimento do projeto Mas ao

final foi resolvido apoacutes a manutenccedilatildeo de uma das placas utilizadas

Encontrou-se problema tambeacutem na calibraccedilatildeo do sensor de pressatildeo por que

quando foi calibrado uma de suas entradas diferenciais foi fechada pegando assim o

valor de pressatildeo atmosfeacuterica daquele dia e o ideal seria ter feito isso ao niacutevel do mar

mas com uma porcentagem baixa de erro o sensor funcionou perfeitamente

Os erros de sincronismo foram corrigidos atraveacutes do proacuteprio firmware e ajustes no

software tambeacutem pois antes disso a comunicaccedilatildeo natildeo era controlada por

componentes do compilador e sim por classes que foram desenvolvidas mas

acabaram natildeo tendo o mesmo desempenho que o componente e a saiacuteda foi substituiacute-

las

Um uacuteltimo erro mas de faacutecil soluccedilatildeo foi na medida do volume chuva O sistema

antigo utilizava geraccedilatildeo de sinal atraveacutes de um Reed Switch entatildeo toda vez que o

sensor passava pelo Reed era gerado um sinal Isso natildeo deu certo por que a leitura

do sensor era feita por interrupccedilatildeo e com isso esse sistema acabou sendo lento e

gerava vaacuterios sinais enquanto o sensor estava ativo A soluccedilatildeo foi fazer um sistema de

chaveamento e gerar os pulsos cada vez que o ldquobucketrdquo (um tipo de mini-gangorra)

fazia uma descida eliminando o uso do Reed

Observou-se ainda que o software natildeo exigiu muito processamento mas exigiu

um bom espaccedilo em HD para armazenar os dados principalmente se o tempo de

aquisiccedilatildeo for pequeno devido a grande quantidade de dados que seraacute armazenada

O hardware se apresentou estaacutevel natildeo tendo nenhum problema durante todo o

periacuteodo de projeto e implementaccedilatildeo

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10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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ANEXO A

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ANEXO B

ANEXO C

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ANEXO D

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ANEXO E

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Cronograma de atividades

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10 Conclusatildeo

O projeto foi concluiacutedo dentro do tempo estimado e todos os problemas

encontrados ao longo do seu desenvolvimento foram solucionados ou pelo menos

minorados

O sistema se encontra pronto para ser implantado mas ainda necessita de

pequenos ajustes por exemplo o software precisa fornecer informaccedilotildees mais

detalhadas do que um simples relatoacuterio ou um graacutefico se realmente for usado na aacuterea

meteoroloacutegica Os estudos estatiacutesticos nessa aacuterea satildeo fundamentais e um sistema que

gerencie e forneccedila tais informaccedilotildees eacute de grande utilidade Quanto ao hardware este

pode ser expandido para mensurar outros dados como velocidade e direccedilatildeo do vento

luminosidade etc

A base do projeto foi o desenvolvimento de uma soluccedilatildeo utilizando o

microprocessador RCM3000 e o objetivo foi cumprido O sistema de monitoraccedilatildeo de

estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do

microprocessador eacute possiacutevel desenvolver inuacutemeras aplicaccedilotildees pois trabalhar com o

mesmo eacute pratico e relativamente simples

Contudo este projeto teve grande importacircncia para vida profissional futura pois

mostrou como projetar como estabelecer e cumprir metas estimar custos

proporcionando a oportunidade de conhecer outros dispositivos de medidas e controle

como o RCM3000

O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em

larga escala tende a diminuir levando-se em consideraccedilatildeo matildeo de obra para o

desenvolvimento programas utilizados e demais componentes como o proacuteprio

microprocessador dispositivos externos e sensores

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Referecircncias Bibliograacuteficas

Moreira Lucia ndash Sensores de Temperatura Princiacutepios e Aplicaccedilotildees ndash Ed Help ndash

Temperatura amp Metrologia Treinamento e Consultoria ndash 102002

Werneck Marcelo Martins ndash Transdutores e Interfaces ndash Ed LTC Livros ndash Teacutecnicos e

Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

Humirel Relative Humidity Sensor Disponiacutevel na Internet httpwwwhumirelcom

Capturado em10 maio 2005

NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

Capturado em 30 abr 2005

Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

httpwwwglobalwcom

Capturado em 30 abr 2005

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ANEXO A

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ANEXO B

ANEXO C

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Cientiacuteficos Editora SA ndash Rio de Janeiro ndash 1996

NATIONAL INSTRUMENTS What is Serial Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 15 abr 2001

ZWorld RCM3000 RabbitCore Disponiacutevel na Internet httpwwwzworldcomproductsrcm3000

Capturado em28 mar 2005

Saade Joel ldquoProgramando em C++rdquo Ed Novatec Satildeo Paulo 2003

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NATIONAL INSTRUMENTS LM35 Disponiacutevel na Internet httpwwwnicom

Capturado em 30 abr 2005

Freescale MPX53 Product Summary Page Disponiacutevel na Internet

httpwwwfreescalecomwebappspssiteprod_summaryjspcode=MPX53ampnodeId=0

1126990368701

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Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet

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ANEXO A

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ANEXO A

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ANEXO B

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ANEXO B

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ANEXO E

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