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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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ANEXO A
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51
ANEXO B
ANEXO C
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52
ANEXO D
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ANEXO E
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Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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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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Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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Cronograma de atividades
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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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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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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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Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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ANEXO E
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54
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55
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Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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55
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56
Cronograma de atividades
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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
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Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet
httpwwwglobalwcom
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ANEXO A
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ANEXO B
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Cronograma de atividades
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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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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
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Global Water Instrumentation Manual Rain Gauge Disponiacutevel na Internet
httpwwwglobalwcom
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ANEXO A
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ANEXO B
ANEXO C
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Cronograma de atividades
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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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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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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
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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
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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
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como o RCM3000
O projeto se apresentou viaacutevel financeiramente pois o custo para produccedilatildeo em
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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
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estaccedilatildeo meteoroloacutegica funciona pode ser expandido e aprimorado Atraveacutes do
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mesmo eacute pratico e relativamente simples
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