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Resumo
Esta dissertação expõe um sistema de referenciação terrestre e controlo para veículos automóveis.
O projeto consiste num mecanismo de gestão de frotas automóvel, recorrendo a tecnologia GPS e GSM, baseado num produto já comercializado.
O sistema permite obter a localização, através do GPS, bastando para tal, enviar uma mensagem de texto de um telemóvel, para o número do cartão SIM inserido no módulo instalado na viatura que se pretende seguir.
Incorpora um subsistema de notificação de eventos, que avisa o utilizador, através do envio de mensagens de texto, de ocorrências relevantes, como o disparo do alarme do veículo ou condução fora do perímetro de operação estabelecido.
O método anti-carjaking consiste num botão de pânico que, se acionado, imobiliza a viatura.
Outro aspeto crítico é a possibilidade de armazenar dados dos percursos efetuados, para posterior visualização, descarregá-los para um computador pessoal, sendo apenas necessário que este possua acesso a redes sem fio IEEE 802.11b.
É possível requisitar informações da viatura recorrendo a uma ligação do módulo instalado à tomada do barramento OBD2.
vii
Abstract
This dissertation presents an automotive geo-referencing control system.
The project consists of a mechanism for management of car fleets, using GPS and GSM technology based on a product already marketed.
The system allows the location through GPS by simply send a text message from a phone number to the SIM card inserted in the module installed in the car that you want to follow.
Incorporates an event notification subsystem that alerts the user, by sending text messages, about relevant events, such as triggering alarm vehicle or driving outside the perimeter of operation established.
The anti-carjacking method consists of a panic button which, if activated, stops the car. Another critical aspect is the ability to store data paths made for later viewing, downloading them to a personal computer, requiring only that it has access to an IEEE 802.11b wireless network.
You can request information of the car through a link module installed to use the OBD2 bus.
ix
Agradecimentos
Gostaria de agradecer em primeiro lugar à minha família, porque a família vem sempre em primeiro lugar, ao meu pai Narciso, à minha mãe Estrela e à minha irmã Daniela, o facto de me terem proporcionado todas as condições e a estabilidade necessárias para que eu pudesse ter a oportunidade de mostrar o meu valor.
Quero agradecer à minha namorada Inês e aos meus amigos, que me ajudaram a superar alguns períodos difíceis nos últimos anos.
Um muito obrigado ao meu orientador, o professor Hélio Sousa Mendonça e ao meu coorientador, o professor José Carlos Alves que me guiaram sempre no sentido certo.
Por último, não podia deixar de agradecer a todo o pessoal da NIBBLE Engenharia, em particular ao Eng.º Nelson Silva, que foi uma ajuda incansável durante o desenvolvimento de todo o projeto e ao Eng.º José Azevedo que me proporcionou a oportunidade de o concretizar.
xi
“A nossa maior fraqueza está em desistir. O caminho mais acertado para vencer é sempre tentar só mais uma vez” Thomas Edison
xiii
Índice
Resumo ... v Abstract ... vii Agradecimentos ... ix Índice ... xiiiLista de figuras ... xvii
Lista de tabelas ... xix
Abreviaturas e Símbolos ... xxi
Capítulo 1 ... 1 Introdução ... 1 1.1 - Motivação e Contexto ... 1 1.2 - Objetivos ... 2 1.3 - Organização do Documento ... 2 Capítulo 2 ... 3 Estado da arte ... 3 2.1 - Enquadramento ... 3 2.2 – Tecnologias de localização ... 3 2.3 – Protocolo NMEA ... 4 2.4 – Tecnologias de comunicação ... 5 2.4.1 – Sistema GSM ... 5
2.4.2 – Comunicação sem fios ... 6
2.4.3 – CAN, Controller Area Network ... 7
2.4.4 – OBD, On Board Diagnostics ... 12
2.5 – Sistemas de gestão de frotas ... 14
2.6 – UMI - Unidade móvel inteligente ... 17
2.7 – Sumário ... 19
Capítulo 3 ... 21
Arquitetura do sistema ... 21
3.1 – Enquadramento ... 21
3.2 – Perspetiva geral do sistema ... 21
3.3 – Módulos do sistema ... 23
3.3.1 – Unidade de processamento ... 23
3.3.2 - Alimentação do sistema ... 24
3.3.4 – Módulo de localização ... 24
3.3.5 – Entradas e saídas do sistema ... 25
3.3.6 – Armazenamento externo de dados ... 25
3.4 – Ambiente de desenvolvimento ... 25
3.5 – Sumário ... 26
Capítulo 4 ... 27
Desenvolvimento de hardware ... 27
4.1 – Enquadramento ... 27
4.2 – Tensões de entrada do circuito ... 28
4.3 – Alimentação do sistema e bateria ... 29
4.4 – Circuito de encravamento da bateria ... 31
4.5 – Elaboração do esquemático ... 32
4.5.1 – Microprocessador ... 33
4.5.2 – GPS ... 36
4.5.3 – GSM ... 37
4.5.4 – Armazenamento de dados externo ... 38
4.5.5 – Transmissor/recetor de radiofrequência ... 39
4.5.6 – Unidade de medição inercial ... 40
4.5.7 – Optoacopladores ... 41
4.5.8 – Transístores de Darlington ... 41
4.5.9 – Interfaces com o exterior ... 42
4.5.10 – Massa analógica e massa digital ... 43
4.6 – Desenho da placa de circuito impresso ... 44
4.6.1 – Regras a respeitar ... 44
4.6.2 – Especificações técnicas ... 45
4.6.3 – Dimensionamento das antenas e áreas restritas ... 45
4.6.4 – Disposição de componentes ... 46
4.6.5 – Planos de massa ... 47
4.6.6 - Legenda da PCB e pontos fiduciários ... 48
4.7 – Sumário ... 49
Capítulo 5 ... 51
Desenvolvimento de software ... 51
5.1 - Enquadramento ... 51
5.2 – Organização dos blocos de código ... 52
5.3 – Descrição dos blocos de código ... 53
5.3.1 – ADC ... 53
5.3.2 – SPI ... 54
5.3.3 – USART ... 55
5.3.4 – Configuração de pinos específicos ... 59
5.3.5 – Systick ... 61 5.3.6 - Watchdog ... 62 5.4 – CAN ... 63 5.5 – Wi-Fi ... 67 5.6 – Sumário ... 67 Capítulo 6 ... 69 Validação da solução ... 69
6.1 – Testes efetuados ao hardware ... 69
6.1.1 – Circuito de alimentação ... 69
6.1.2 – Circuito de encravamento da bateria ... 71
6.1.3 – ERC e DRC ... 73
6.2 – Testes efetuados ao software ... 73
6.2.1 – Leitura e escrita em memória Flash ... 74
6.2.2 – Conversão de sinais analógicos ... 74
6.2.3 – Systick ... 74
6.2.4 – GPS ... 75
xv
6.2.6 – CAN ... 75
6.3 - Sumário ... 76
Capítulo 7 ... 77
Conclusão e trabalhos futuros ... 77
7.1 – Conclusões ... 77
7.2 – Melhorias ... 78
7.3 – Trabalhos futuros ... 79
xvii
Lista de figuras
Figura 2.1 – Diagrama da arquitetura GSM, adaptada de GSM Standard [5] ... 6
Figura 2.2 – Estrutura por camadas de um nó CAN ... 8
Figura 2.3 – Trama de dados do protocolo CAN ... 10
Figura 2.4 – Trama de erros do protocolo CAN ... 10
Figura 2.5 – Trama de sobrecarga do protocolo CAN ... 11
Figura 2.6 – Espaço entre tramas para estações com flags de erro ativas ou que foram previamente recetoras de uma mensagem ... 11
Figura 2.7 – Espaço entre tramas para estações com flags de erro passivas ou que foram previamente transmissoras de uma mensagem... 11
Figura 2.8 – O conetor J1962 macho (à esquerda) e a respetiva tomada J1962 fêmea (à direita) ... 13
Figura 2.9 – Aspeto exterior (à esquerda) e interior (à direita) da UMI ... 17
Figura 2.10 – Diagrama de blocos dos módulos mais importantes do sistema ... 19
Figura 3.1 – Utilização do sistema ... 22
Figura 3.2 – Diagrama dos módulos do sistema ... 23
Figura 4.1 – Cálculo de resistências da malha de realimentação ... 29
Figura 4.2 – Esquema do circuito de alimentação ... 30
Figura 4.3 – Esquema do LDO que alimenta o GPS ... 30
Figura 4.4 – Esquema do LDO que alimenta os restantes componentes do circuito ... 30
Figura 4.5 – Esquema do circuito de encravamento da bateria ... 31
Figura 4.6 – Circuito que implementa uma fonte de corrente ... 31
Figura 4.7 – Curva de carga da bateria P343944, com circuito de proteção ... 32
Figura 4.8 – Esquema dos pinos do microprocessador STM32F100RC [30] ... 36
Figura 4.9 – Esquema dos pinos do módulo de localização GPS ... 37
Figura 4.10 – Esquema dos pinos do módulo de comunicação GSM ... 38
Figura 4.12 – Esquema dos pinos para o leitor de cartões de memória ... 39
Figura 4.13 – Esquema dos pinos do módulo de comunicações sem fio MRF24WB0MA [21] .... 40
Figura 4.14 – Esquema dos pinos para a unidade de medição inercial [31] ... 40
Figura 4.15 – Esquema dos pinos para os optoacopladores ... 41
Figura 4.16 – Esquema dos pinos para os integrados com configuração de Darlington para as 6 saídas digitais ... 42
Figura 4.17 – Esquema dos pinos para o conetor 5569-12DOC ... 42
Figura 4.18 – Esquema dos pinos para a interface de programação e diagnóstico ... 43
Figura 4.19 – Esquema de ligação da massa do circuito ... 43
Figura 4.20 – Dimensionamento das antenas utilizando o AppCAD ... 46
Figura 4.21 – Placa de circuito impresso ... 47
Figura 4.22 – Plano de massa da camada de topo ... 48
Figura 4.23 – Plano de massa da camada de fundo ... 48
Figura 5.1 – Diagrama dos blocos de software desenvolvidos ... 52
Figura 6.1 – Teste do circuito de alimentação ... 70
Figura 6.2 – Teste do circuito da bateria, estado inicial, com bateria ligada ... 71
Figura 6.3 – Teste do circuito da bateria, com bateria e alimentação ligadas ... 72
Figura 6.4 – Teste do circuito da bateria, estado final, apenas com bateria ligada ... 72
xix
Lista de tabelas
Tabela 2.1 — Tecnologias de comunicação sem fios de curto alcance. ... 7
Tabela 2.2 — Mapa dos pinos SAE196 ... 13
Tabela 2.3 — Especificações do G959 GPS Tracker. ... 15
Tabela 2.4 — Especificações do AT110 Advanced Vehicle Tracking Device. ... 15
Tabela 2.5 — Especificações do HCT Pro Plus. ... 16
Tabela 2.6 — Especificações da UMI – Unidade Móvel Inteligente. ... 17
Tabela 2.7 — Função dos pinos das entradas e saídas digitais disponíveis ... 18
Tabela 3.1 — Especificações do microprocessador ARM Cortex M3 ... 23
Tabela 4.1 — Tempos de aquisição de posição correta do GPS, em condições ideais ... 29
Tabela 4.2 — Mapa da utilização dos pinos do microprocessador ... 34
Tabela 4.3 — Especificação das pistas ... 45
Tabela 4.4 — Especificação das pistas de antena ... 46
Tabela 5.1 — Função ADC_Start ... 53
Tabela 5.2 — Função ADC_read ... 54
Tabela 5.3 — Função ADC_poll ... 54
Tabela 5.4 — Função SPI_Start ... 54
Tabela 5.5 — Função spi_select_device ... 55
Tabela 5.6 — Função spi_clear_device ... 55
Tabela 5.7 — Função spiTransferByte ... 55
Tabela 5.8 — Função USART_Start ... 56
Tabela 5.10 — Função USART_Receive ... 56
Tabela 5.11 — Função USART_CheckRx ... 57
Tabela 5.12 — Função USART_Transmit ... 57
Tabela 5.13 — Função USART_CheckTx ... 57
Tabela 5.14 — Função USART_Mirror ... 57
Tabela 5.15 — Função USART_MirrorClear ... 58
Tabela 5.16 — Função USART_Flush ... 58
Tabela 5.17 — Função USART_Write ... 58
Tabela 5.18 — Função USART_Read ... 58
Tabela 5.19 — Função USART_SetFlowControl ... 59
Tabela 5.20 — Função IO_Start ... 60
Tabela 5.21 — Função IO_GSM_ON_OFF ... 60
Tabela 5.22 — Função IO_GSM_DTR ... 60
Tabela 5.23 — Função IO_GSM_RESET ... 60
Tabela 5.24 — Função IO_GSM_VIO ... 60
Tabela 5.25 — Função IO_GSM_RI ... 61
Tabela 5.26 — Função IO_GSM_DCD ... 61
Tabela 5.27 — Função IO_LDO_SWITCH ... 61
Tabela 5.28 — Função TC1_Start ... 62
Tabela 5.29 — Função Systick_Handler ... 62
Tabela 5.30 — Função wdt_on ... 62
Tabela 5.31 — Função wdt_off ... 63
Tabela 5.32 — Função wdt_reset ... 63
Tabela 5.33 — Modos de operação no padrão OBD2 SAE J1979 ... 64
Tabela 5.34 — Função lerOBD2 ... 65
Tabela 5.35 — Função varrimentoOBD2 ... 65
Tabela 5.36 — Função consumoMedio ... 65
Tabela 5.37 — Função consumoInstantaneo ... 66
xxi
Abreviaturas e Símbolos
Lista de abreviaturas
ADC Analog to Digital Converter
ALDL Assembly Line Diagnostic Link
ARM Advanced RISC Machine
AT Attention, Hayes Command Set BJT Bipolar Junction Transistor
BPSK Binary Phase Shift Keying
CAN Controller Area Network
CS Chip Select
CPU Central Processing Unit
CRC Ciclic Redundancy Check
DAC Digital to Analog Converter
DTC Diagnostic Trouble Codes
DRC Design Rule Check
EAGLE Easily Applicable Graphical Layout Editor
ECU Electronic Control Unit
EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory
EOBD European On-Board Diagnostics
ERC Electrical Rule Check
FME For Mobile Equipment
GFSK Gaussian Frequency Shift Keying
GMSK Gaussian Minimum Shifting Keying
GSM Global System for Mobile Communications
GPRS General Packet Radio Service
GPS Global Positioning System
IDE Integrated Development Environment
I2C Inter-Integrated Circuit
IP Internet Protocol
LED Light Emitting Diode
LSB Least Significant Bit
MISO Master Input Slave Output
MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
MOSI Master Output Slave input
MSB Most Significant Bit
NMEA National Marine Electronics Association
OBD On-Board Diagnostics
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OSI Open Systems Interconnection
PCB Printed Circuit Board
PRN Pseudo-Random Noise
PSK Phase Shift Keying
PSTN Public Switched Telephone Network
RISC Reduced Instruction Set Computing
RHCP Rigth-Hand Circularly Polarised
RTC Real-Time Clock
RTR Remote Transmission Request
SCK Serial Clock
SIM Subscriber Identity Module
SMA Sub Miniature Version A
SMS Short Message Service
SPI Serial Peripheral Interface
TCP Transmission Control Protocol
TDMA Time Division Multiple Access
TTL Transistor-Transistor Logic
UMI Unidade Móvel Inteligente
USART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
USB Universal Serial Bus
Capítulo 1
Introdução
Neste capítulo figura a motivação e contexto do problema em estudo, os objetivos fundamentais a atingir, para esta dissertação, e ainda informação acerca da estrutura organizacional do documento.
1.1 - Motivação e Contexto
Esta dissertação insere-se no contexto de um sistema de gestão de frotas automóvel que seja capaz de fornecer a posição atual e o percurso realizado por cada elemento constituinte da mesma frota.
Graças à evolução tecnológica conhecida nas últimas décadas, é agora possível obter a localização terrestre de uma pessoa ou objeto em tempo real, através de dispositivos que recorram a um sistema de posicionamento global composto por um grupo de satélites. Um sistema destes tem a capacidade para fornecer os elementos necessários com a precisão adequada para a tarefa em mãos.
Tendo como base o referido sistema de posicionamento global, somando-lhe um sistema de comunicações conveniente, torna-se por demais evidente a importância de um projeto desta dimensão, no âmbito da gestão de frotas, como meio de aumentar a eficiência e melhorar a gestão dos recursos ao dispor das organizações.
Da conjetura atual, retira-se imediatamente a necessidade do projeto resultar num equipamento fiável, de elevado desempenho e baixo custo.
Uma vez que estes conceitos são maioritariamente abstratos, cabe-me enquanto projetista, torná-los quantificáveis e explicitá-los com pormenor e detalhe.
Como estudante de mestrado integrado em engenharia eletrotécnica e de computadores, tendo selecionado o ramo de telecomunicações, eletrónica e computadores, encontrei um forte entusiasmo, motivação e não menos lógica, para abraçar o desafio de desenvolver tal sistema, num contexto empresarial, onde o meu conhecimento científico foi deveras útil e pôde ser posto à prova.
2
1.2 - Objetivos
O principal objetivo deste projeto consistiu em desenvolver um sistema moderno e atual de localização de frotas automóveis, recorrendo para tal à localização por satélite, por forma a poder saber qual a posição e o percurso realizado por cada elemento da frota.
Tendo por base o sistema já existente na empresa, pretendeu-se uma atualização significativa em termos de qualidade e desempenho.
Uma vez que o principal atributo do produto é localizar a posição de uma determinada viatura, escolheu-se como forma de o possibilitar, o seguinte método: o utilizador envia um
SMS (Short Message Service) para o número do cartão SIM (Subscriber Identity Module)
contido no sistema e este devolve as coordenadas geográficas da sua posição atual na Terra. O produto resultante incluiu outras características, tais como prevenção de furtos, possibilidade de descarregar percursos efetuados para um terminal através de meios não guiados e ainda a obtenção de informações da viatura através do barramento OBD (On-Board
Diagnostic), presente na generalidade das viaturas, dado que na Europa passou a ser
obrigatório utilizar o padrão EOBD (European On-Board Diagnostic) a partir do ano 2001.
1.3 - Organização do Documento
A presente dissertação encontra-se organizada em sete capítulos, que guiam desde a conceção inicial do produto até à solução final proposta, acrescentando ainda um horizonte de futuros desenvolvimentos.
O primeiro capítulo é composto por três subtemas, onde são explicados os motivos e onde é feita a contextualização deste projeto, os seus objetivos, metas a atingir e a descrição da organização documental.
O segundo capítulo abrange a pesquisa, o estudo do estado da arte de sistemas já existentes no mercado, descreve tecnologias que são utilizadas para criar o produto em questão: tecnologias de posicionamento, tecnologias de comunicação, processamento de dados e descrição da arquitetura do sistema que serve de base ao novo produto.
No terceiro capítulo encontra-se documentada a arquitetura do sistema.
No quarto capítulo residem todos os detalhes envolvidos no desenho e projeto de
hardware e da placa de circuito impresso.
O quinto capítulo inclui a estrutura e todo o processo de desenvolvimento de software. No sexto capítulo explicam-se os testes efetuados ao produto, o processo de validação e os resultados obtidos.
Por fim, mas não menos importante, o sétimo capítulo contém ainda as conclusões do projeto, seguidas de uma análise a melhorias e trabalho futuro, que garanta não só uma maior valorização comercial do produto, mas também um aumento do seu período de vida.
No final do documento incluem-se todas as referências consultadas para a elaboração deste projeto.
Capítulo 2
Estado da arte
Neste capítulo descreve-se o estado da arte dos sistemas de gestão de frotas automóveis disponíveis no mercado, recorrendo para ilustrar a descrição, à apresentação das principais tecnologias que constituem este tipo de sistemas.
2.1 - Enquadramento
Desde o final do século XX, com o acentuar da globalização, as empresas encontram cada vez mais dificuldades, num mundo em constante mudança, para encontrar alternativas de mercado estáveis que permitam obter padrões de crescimento sustentáveis, que sirvam de suporte à evolução da organização.
É, portanto, necessário encontrar soluções que possibilitem explorar ao máximo os recursos ao dispor da organização, especialmente no que diz respeito aos meios que levam os produtos/serviços junto do cliente.
Assim, o meio empresarial sente a necessidade de ter uma forma de gerir o transporte, de modo a garantir a segurança dos seus produtos e funcionários, reduzir os custos, os desperdícios e aumentar os lucros. Desta forma surge a gestão de frotas, como forma de otimizar os meios ao dispor [2].
Uma vez que o tema dissertado assenta na gestão de frotas automóveis, é de salientar que este tipo de transporte é aquele que tem uma maior abrangência em relação aos transportes marítimo, aéreo ou ferroviário, e é o mais utilizado para, efetivamente, entregar os produtos ao utilizador final.
2.2 – Tecnologias de localização
Presentemente encontram-se disponíveis duas soluções de navegação por satélite, sendo uma o GPS (Global Positioning System), que ficou disponível a partir de 26 de Junho de 1993, quando o vigésimo quarto, e último satélite, foi lançado para o espaço [34], e sendo a outra o GLONASS, de origem russa, que se encontra em utilização, para fins civis, desde finais de 2011 que, quando completo, será composto por uma constelação de trinta satélites (dos quais seis serão apenas utilização de reserva).
4
Devido à importância e utilidade deste tipo de sistemas, de forma a não ficarem dependentes da tecnologia de terceiros (que tiveram numa primeira fase fins militares e são ainda nos dias de hoje desativados em alguns cenários de guerra), também a Europa, a China e a Índia têm projetos próprios de desenvolvimento de sistemas de navegação por satélite [35].
O sistema de navegação europeu Galileo é o único com fins exclusivamente civis, tem prevista uma constelação com trinta satélites, dos quais vinte e sete estarão permanentemente ativos e três de reserva, dispostos em três orbitas terrestres de média altitude (a aproximadamente 23222 Km de altitude em relação ao nível médio da água do mar e uma inclinação orbital em relação ao equador de cinquenta e seis graus), promete precisões superiores aos sistemas já existentes, havendo testes agendados para 2014 e uma previsão para a completa operabilidade do sistema no final da presente década [36].
O projeto chinês Compass, ou Beidou, deverá estar operacional a nível mundial em 2020 e será constituído por trinta e cinco satélites. Na atualidade a cobertura deste sistema apenas atinge território chinês [37].
O caso do sistema de navegação indiano, o IRNSS, distingue-se, uma vez que o objetivo deste não é atingir uma cobertura global, mas apenas regional, isto é, tem apenas como alvo o território Indiano.
Além de ser o primeiro sistema de localização terrestre por satélite, o GPS é também o mais conhecido e o mais utilizado a nível mundial.
O GPS consiste numa constelação de vinte e quatro satélites que orbitam a Terra a uma altitude de, aproximadamente, vinte mil quilómetros, dispostos de tal forma que pelo menos quatro deles estão simultaneamente visíveis em qualquer ponto do planeta.
A transmissão é feita através de um sinal RHCP (Rigth-Hand Circularly Polarised), também conhecido por L1, a uma frequência de 1575,42MHz. Este sinal é transmitido com uma potência necessária que garante na superfície terrestre a receção de uma potência de -160dBw.
O sinal L1 consiste numa modulação BPSK (Binary Phase Shift Keying) que, em conjunto com um código de ruído aleatório PRN (Pseudo-Random Noise) a uma frequência de 1,023MHz, é conhecido por código C/A (Coarse/Acquisition code) [3].
O recetor desmodula o código recebido na portadora L1 e deteta as diferenças entre os sinais de relógio atómicos dos satélites recebidos e o sinal de relógio interno presente no recetor, permitindo calcular com base nesses dados a posição atual no globo terrestre deste último.
2.3 – Protocolo NMEA
O protocolo NMEA (National Marine Electronics Association) é um protocolo de comunicação de dados, que tem uma utilização muito acentuada em sistemas baseados em GPS.
A norma surgiu como meio de simplificação da troca de informação entre, pelo menos, dois componentes eletrónicos. A simplificação consiste em que toda a comunicação entre os dispositivos seja feita à base de tramas de dados sistematizadas [1].
Todas as frases são padronizadas da seguinte forma: um prefixo de duas letras define o dispositivo que está a ser usado, seguido por três letras que definem qual o tipo de mensagem recebida.
5
No caso dos recetores GPS, é utilizado o prefixo GP.
Cada frase começa com o caracter “$”, termina com um indicador de nova linha e pode conter mais 80 caracteres de texto (aos quais acresce os terminadores de linha). Os dados estão separados por vírgulas.
Os dados consistem exclusivamente em texto ASCII e o tamanho da trama pode ser variável.
Os interpretadores, ao receberem os dados, retiram a informação dos campos entre vírgulas e utilizam o último campo da trama recebido para verificar a integridade do conteúdo da trama (esta última parte é opcional para o recetor).
O campo checksum, ou soma de controlo, é nada mais do que um “*” e dois dígitos hexadecimais que representam um ou exclusivo (XOR) de oito bits de todos os caracteres entre, o “$” e “*”, sem contar com estes últimos.
Existem diversos tipos diferentes de mensagens NMEA previstas pela norma, cada uma com uma designação própria, que indica qual o tipo de dados que contém. As mais importantes são:
- GPGGA: fornece dados de precisão com a localização terrestre a três dimensões (latitude, longitude e altitude);
- GPVTG: inclui dados relativos ao deslocamento (velocidade); - GPRMC: mostra dados temporais (data e hora).
A sua fácil implementação levou à sua adoção em massa, em particular a versão NMEA
0183, que permite taxas de transmissão de dados da ordem dos 4800 bits/s, em parte devido
ao facto desta comunicação necessitar apenas de 2 sinais, um de receção e outro de envio, no dispositivo recetor [4].
2.4 – Tecnologias de comunicação
As tecnologias de comunicação que vão ao encontro das necessidades do projeto separam-se em duas grandes categorias: meios guiados e meios não-guiados.
Meios guiados são aqueles em que a transmissão é feita através de cabos, sejam eles telefónicos, coaxiais ou óticos.
Em meios não-guiados a troca de dados é realizada recorrendo a radiofrequência ou infravermelhos (esta última já considerada obsoleta).
2.4.1
– Sistema GSM
O GSM (Global System for Mobile Communications) é um padrão utilizado para efetuar comunicações de longo alcance, utilizado na vasta maioria dos dispositivos móveis na Europa, continente onde teve origem. Este sistema é tão popular que conta atualmente com quase 3 mil milhões de utilizadores em todo o mundo e continua em franco crescimento.
As redes GSM utilizam as frequências 900 MHz e 1800 MHz na Europa, e 850 MHz e 1900 MHz nos Estados Unidos da América.
São um meio de transmissão de dados digital de segunda e terceira geração, que opera utilizando modulação GMSK (Gaussian Minimum Shifting Keying), que permite que o sinal modulado a ser enviado na portadora seja, de antemão, filtrado usando um filtro Gaussiano passa-baixo, o que resulta numa grande redução da interferência entre canais vizinhos.
No telecom móveis s O pr soluções serviço p O G de melh recursos velocida TDMA - garantid
2.4.2
Os s medida distribui O de acima, barrame Para que a la serviços Quase to e, porta limitaçõ que sina GSM é utili municações q sem que hajaFigura 2 rincipal uso d s para outra por GPRS (Ge GPRS é um hor esforço, s são partilh ade de trans Time Divisio da durante a
– Comun
sistemas sem em que os ição de cabo esenvolvimen faz com q entos sem me a utilizar um argura de b que cobram odas as band anto, é nece ões de alcan ais de radio izado um s que está a a alterações 2.1 – Diagram do GSM assen as áreas, com eneral Packe serviço de que transmi ados por vá smissão de d on Multiple A conexão [5]nicação se
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7
pretende transmitir/receber. A taxa de transferência de dados do sistema necessita ser a adequada e a codificação do canal tem de ser feita de forma muito rigorosa [8].
Para implementar comunicação sem fios/custos, encontram-se três grandes alternativas, a comunicação via Wireless com protocolo IEEE 802.11, o Bluetooth e a tecnologia ZigBee.
O IEEE 802.11 e o Bluetooth partilham as seguintes características: ambos utilizam uma transmissão de dados de alto débito e constituem-se como melhor solução em termos de compatibilidade com a tecnologia presentemente utilizada em mais larga escala nas organizações.
O Bluetooth é um protocolo que especifica uma forma de transmissão de dados de alto débito entre dispositivos, através de ondas rádio (de espetro espalhado e multiplexagem GFSK - Gaussian Frequency Shift Keying e 8-PSK - Phase Shift Keying) de curto alcance.
As redes baseadas no protocolo IEEE 802.11b, também conhecidas por redes Wi-Fi, utilizam igualmente ondas rádio (de espetro espalhado e multiplexagem OFDM - Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) para troca de dados. Porém, atingem maiores distâncias e
comportam maior segurança/privacidade.
ZigBee é um padrão para redes sem fio, que prima pelo baixo consumo e pela baixa taxa
de transmissão de dados. Foi pensado para arquiteturas em malha, topologia em estrela ou árvore. As suas características adequam-se a ambientes em que a recolha de dados seja feita frequentemente, em pequenos volumes, e por múltiplos pontos em simultâneo, sendo que o alcance da rede depende do número de dispositivos interligados.
O menor custo da tecnologia e o menor consumo energético do Bluetooth e do ZigBee levam a que estas implementações sejam bastante atrativas para dotar produtos de comunicações sem fio, mas apesar disso, a interface IEEE 802.11 é mais robusta (em termos de segurança, tendo um maior leque de opções de encriptação), tem maior alcance, velocidades superiores e a mais alta potência de transmissão, quando comparada com as outras tecnologias de comunicação sem fios em equação [6].
A tabela 2.1 apresenta uma comparação entre os diferentes tipos de tecnologias de comunicação sem fios e respetivas características:
Tabela 2.1 — Tecnologias de comunicação sem fios de curto alcance.
IEEE 802.11 Bluetooth1.1 ZigBee
Gama de frequências de operação 2,4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz Velocidade de transmissão de dados 10 Mbps 1 Mbps 0.1 Mbps
Tipo de modulação OFDM GFSK O-QPSK
Alcance 100 m 10 m 10-75 m
2.4.3 – CAN, Controller Area Network
CAN (Controller Area Network) é um protocolo de comunicação série que suporta de forma eficiente e segura o controlo de sistemas em tempo real, ligados através de um meio guiado (cabos) que constituí um barramento, onde cada unidade conectada que possa enviar ou receber dados é designada por nó, apresentando as seguintes características:
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9
A transferência de mensagens é efetuada recorrendo a quatro tipos diferentes de tramas: - Tramas de dados (Data frame) que transportam a informação de um transmissor para o/os recetores;
- Tramas remotas (Remote frame) que são transmitidas de uma unidade do barramento para pedir a transmissão de uma trama de dados com o mesmo identificador (Identifier);
- Tramas de erro (Error frame) que são enviadas por qualquer unidade da rede que detete erros no barramento;
- Tramas de sobrecarga (Overload frame) que são utilizadas para introduzir um atraso extra entre duas tramas de dados ou entre duas tramas remotas.
Duas tramas sequenciais de dados ou remotas são separadas por um espaço entre tramas (Interframe space).
Uma trama de dados é composta por sete campos diferentes de bits: Start of frame (SOF), Arbitration Field, Control Field, Data Field, CRC Field, ACK Field e End of frame (o campo Data pode ter tamanho zero, que corresponde ao não envio de dados).
As tramas podem ter dois formatos diferentes: o padrão e o extenso, sendo que o formato padrão inclui 11 bits para o campo Arbitration e o extenso inclui 29 bits.
O campo Start of frame, marca o início de uma trama de dados ou remota, e consiste em apenas um bit, que as distingue. Uma estação só pode iniciar uma transmissão se o barramento estiver livre (Idle). Todas as estações necessitam de sincronização que é levada a cabo através do Start of frame da estação que primeiro iniciou a transmissão.
O campo Arbitration é constituído por um identificador (Identifier) e pelo RTR (Remote
Transmission Request). O identificador é composto por 11 bits no caso do formato padrão e
por 29 bits quando se usa o formato extenso, sendo transmitido em primeiro lugar o MSB (Most Significant Bit). O bit RTR tem valor dominante (0) para tramas de dados e valor recessivo (1) para tramas remotas.
O campo de controlo é formado por seis bits: os primeiros dois bits são reservados pelo protocolo CAN e os quatro seguintes são usados para o Data Length Code (DTC), que indica o número de bytes (no mínimo zero e no máximo oito) que vai ter o campo de dados (Data
Field).
O campo de dados contém a informação que se pretende transportar pelo protocolo CAN, isto é, os dados propriamente ditos.
O campo de controlo de erros de redundância cíclica (CRC Field) contém uma sequência de 15 bits (CRC Sequence) e um delimitador desta (um bit recessivo). Este campo é usado para verificar a integridade das tramas recebidas e enviadas. Os bits envolvidos neste cálculo são o SOF, o campo Arbitration, o campo de controlo e o campo de dados.
O campo ACK é composto por dois bits: o ACK Slot e o ACK Delimiter (um bit recessivo). O nó transmissor envia um bit recessivo para o ACK Slot. O nó recetor envia um bit dominante durante o ACK Slot para sinalizar a receção da trama CAN.
O campo End of frame (EOF) é utilizado para terminar uma trama de dados ou uma trama remota, com uma sequência de 7 bits recessivos [38].
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12
transmitido, este insere automaticamente um bit complementar no fluxo de dados que é realmente enviado. Os restantes segmentos das referidas tramas (CRC delimiter, ACK field e
end of frame) não são codificados através de bit stuffing e são mantidos inalterados.
O conjunto de bits resultante é codificado de acordo com o método NRZ (Non-Return-to-Zero) [41].
2.4.4 – OBD, On Board Diagnostics
O OBD (On-Board Diagnostics) é um sistema que permite aceder a informações sobre as condições de funcionamento dos veículos.
A quantidade de informação de diagnóstico, disponibilizada por este sistema, varia bastante desde as primeiras versões, que simplesmente continham indicadores Check Engine ou MIL - Malfunction Indicator Light, que acendiam no painel de instrumentos da viatura quando um problema era detetado, mas não devolviam qualquer espécie de indicação acerca da origem do problema.
As versões mais modernas possuem já uma porta de comunicações padronizada e códigos de erro DTC (Diagnostic Trouble Codes), que permitem a rápida identificação de problemas no veículo e, como consequência desse facto, uma mais célere solução dos mesmos.
Na década de noventa, o padrão OBD-I tornou-se obrigatório em alguns países, ainda que não houvesse nenhum padrão no que respeita ao método de conexão, aos códigos de erro e nem mesmo à identificação do sistema, ao qual ainda não tinha sido atribuída a designação OBD. Este cenário viria a sofrer alterações a partir de Janeiro de 1996, quando nos Estados Unidos da América, passou a ser obrigatório o sistema OBD-II em todos os veículos automóveis. Anos mais tarde, foi adotado na Europa o padrão EOBD e no Japão foi adotada uma variação denominada JOBD (Japanese On-Board Diagnostics). No que diz respeito aos restantes países, enquanto alguns adotaram o padrão americano, outros não possuem ainda legislação específica para estes sistemas.
O protocolo ALDL (Assembly Line Diagnostic Link), considerado o percursor do OBD, foi criado pela General Motors em 1981. A interface variava de modelo para modelo e não havia padronização nem das portas nem do protocolo digital para comunicação.
O principal objetivo do sistema OBD-I era incentivar os fabricantes da indústria automóvel a projetar sistemas confiáveis que controlassem o volume de emissões de dióxido de carbono, de modo a que estes se mantivessem constantes e regulados ao longo do período de vida útil do veículo. Este sistema acabou por não ser aceite pela maioria dos construtores devido, novamente, à falta de padronização entre os fabricantes e à falta de informação específica do sistema.
O padrão OBD-II ou OBD2 constituiu uma evolução do OBD-I tanto em funcionalidades como na aplicação de normas. O padrão OBD-II especifica o tipo de tomada utilizada (uma tomada J1962 fêmea com entrada para 16 pinos, posicionada no máximo a 0.6 metros do volante da viatura, de modo a que esteja sempre ao alcance do motorista), um mapa das funções de cada pino (descritas na norma SAE J196), os sinais elétricos disponíveis, o formato de comunicação, uma lista dos parâmetros do veículo que são monitorizados e instruções de armazenamento dos dados recolhidos.
13 ISO ve re da te (P 3 Figura 2 Nú É possível O 14230 (sim eículos utiliz O acesso a elativas a pr ados de dia emperatura Parameter Id 2.8 – O conet mero do pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 utilizar cinc milares ao R a somente u a dados a um roblemas nu agnóstico e do motor, dentification tor J1962 ma Tabela 2 no co protocolo RS-232) e o p um destes pro ma ECU (Elec m veículo. A e uma lista etc.) que e Number). acho (à esqu direita .2 — Mapa d Reservado Data + VP ECU + Neutro da Neutro de CAN TX Data K ISO Reservado Reservado Data – VPW ECU - Reservado Reservado CAN RX Data L ISO Nível de t s para sinais protocolo de otocolos. ctronic Contr A norma SA a dos parâm estão identi erda) e a res a)
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14
O sistema de requisição e consulta de dados de um PID permite o acesso em tempo real às informações de performance do veículo, bem como aos códigos de erro DTC que tenham ocorrido.
Este padrão estabelece ainda uma extensa lista de códigos de diagnóstico de problemas, os códigos de erro indicados pelo sistema (DTC). Como resultado desta estandardização, pode ler-se o sistema de qualquer veículo compatível com o padrão, independentemente da marca.
O padrão EOBD é uma variação do OBD-II, exigido na Europa desde 2001 para motores a gasolina e 2003 para motores a gasóleo, baseado no padrão europeu de emissões Euro V e
Euro VI, foi desenvolvido para garantir emissões menores que as exigidas pelos seus
predecessores. Alguns fabricantes, que utilizam os canais adicionais para comunicação com equipamentos, denominam o sistema de EOBD2, apesar de ser baseado no OBD-II, tal como o EOBD [7].
2.5 – Sistemas de gestão de frotas
Atualmente encontram-se no mercado, diversas soluções já disponíveis para gestão de frotas que utilizam tecnologias de localização GPS e comunicação GSM.
De um modo geral, o princípio de funcionamento das soluções de gestão de frotas é semelhante e comum a todas, baseadas no seguinte: equipamentos instalados nas viaturas recolhem informações acerca de trajetos percorridos, traçam mapas dos percursos percorridos que podem ser visualizados posteriormente, e a posição atual de cada viatura pode ser consultada através de comunicação baseada em GSM e GPRS, em tempo real.
São facultadas um rol de funcionalidades extra, que vão desde consulta dos dados na Internet, a inclusão de sistemas antirroubo, proteção contra uso abusivo das viaturas fora do horário de expediente, o que em última análise, acaba por diferenciar as soluções em termos de preço, utilidade e modos de funcionamento.
A PT Negócios disponibiliza um serviço de gestão de frotas que pode ser sintetizado da seguinte forma: equipamentos nas viaturas recolhem informações GPS, do veículo e do condutor, permitindo também a este interagir e comunicar com um gestor do sistema central. Esse sistema central processa a informação e torna-a disponível para os gestores do sistema, que lhe podem aceder recorrendo à Internet. A comunicação de dados entre o veículo e o sistema é feita através da rede TMN, utilizando cartões SIM instalados nos equipamentos das viaturas [9].
A solução apresentada pela Inosat, designa-se InoFrota Trace e apresenta as seguintes características: localização em tempo real (através de um sistema GPS e um computador com ligação à Internet) e controlo das viagens efetuadas (análise de relatórios de viagens, quilómetros percorridos, tempos de utilização diária dos veículos, médias de consumo) [10].
A MOVILOC® proporciona um produto com um leque de funcionalidades que permitem localização e seguimento em tempo real, consulta de percursos realizados, gestão de pontos de paragem e controlo de tempos de permanência em pontos predefinidos [11].
Comparando as soluções acima descritas, apenas numa perspetiva de serviço disponibilizado ao utilizador, uma vez que estas soluções não fornecem informações detalhadas acerca do hardware que contêm (como as descritas nos parágrafos seguintes), verifica-se que todas elas apresentam funcionalidades e características semelhantes. Em termos de preço de mercado todas as soluções mostram, também, algum paralelismo,
15
apresentando variações de custo entre os vinte e os vinte cinco euros por viatura, para o serviço de monitorização.
A Gosafe Company, Ltd. é uma empresa que disponibiliza um módulo de hardware para georreferenciação e controlo de viaturas, o G959. Este opera a partir da interação entre o módulo de sistema integrado no veículo automóvel e um telemóvel. Permite controlo e gestão remotos, através de SMS e de um servidor, utilizando uma aplicação instalada no dispositivo móvel (tal como os sistemas apresentados anteriormente). Tem o seguinte conjunto de especificações, apresentado na tabela 2.3 [12]:
Tabela 2.3 — Especificações do G959 GPS Tracker. Especificações
Características físicas Dimensões 91x65x28 mm
Fonte de alimentação Tensão admissível 10 – 35V DC Corrente máxima 140 mA Condições de operabilidade Temperatura -20ºC – +70ºC
Módulos constituintes GSM
Ublox LEON G100 Quad Band
850/900/1800/1900 MHz, GPRS classe
10, com antena externa
GPS canais paralelos, com antena externa Ublox NEO-6M (GPS, Galilieo) com 50 CPU RAM estática de 32 Kbytes
E/S Entradas e saídas digitais, entrada e
saída RJ45
Bateria 500 mAh Lion Recarregável Observações Protocolo TCP/IP Suporte para ligação por GSM
A Astra Telematics inclui no seu catálogo de produtos, um dispositivo de rastreamento de viaturas que é usado para gerir frotas automóveis, o AT110. Este produto pertence à mesma categoria dos anteriores, tendo porém como característica distintiva o facto de permitir comunicação através do CAN Bus, como se pode confirmar no documento de especificações disponibilizado pela fabricante, cuja síntese se encontra na tabela 2.4 [13]:
Tabela 2.4 — Especificações do AT110 Advanced Vehicle Tracking Device. Especificações do AT110
Características físicas Dimensões 85x47x15 mm
Fonte de alimentação Tensão admissível 7 – 36V DC Corrente máxima 300 mA Condições de operabilidade Temperatura -20ºC – +60ºC
16
Especificações do AT110
Módulos constituintes GSM
GSM1800 ou GSM1900 classe 1, Quad
Band 850/900/1800/1900 MHz, GPRS
classe 10, com antena externa
GPS SiRFStar IV, recetor L1 com 50 canais
paralelos, com antena externa CPU ARM Cortex M3
E/S
Entradas e saídas digitais, 2 portas RS232, 2 entradas analógicas, CAN
Bus
Bateria 900 mAh Lion Recarregável
Observações Protocolo TCP e UDP
Inclui um modo de notificação por GPRS utilizando TCP ou UDP
Acelerómetro Inclui um acelerómetro de três eixos
A BrickHouse Security coloca à disposição o módulo HCT Pro Plus, que é também, claramente direcionado para a gestão de frotas de veículos, uma vez que partilha o conjunto de funcionalidades dos produtos anteriores, como se pode verificar na tabela 2.5 [14]:
Tabela 2.5 — Especificações do HCT Pro Plus. Especificações
Características físicas Dimensões 104x93x26 mm
Fonte de alimentação Tensão admissível 8 – 30V DC Corrente máxima 680 mA
Condições de operabilidade Temperatura de
funcionamento -30ºC – +85ºC
Módulos constituintes GSM
GSM1800/900 classe 1, Quad Band
850/900/1800/1900 MHz, GPRS classe 10, com antena externa
GPS Recetor L1 com 50 canais paralelos,
código C/A, com antena externa
E/S Entradas e saídas digitais, 1 porta
RS232, 1 entradas analógicas
Fazendo uma análise aos últimos três produtos apresentados, de um ponto de vista de
17 di or de em to tra se re
2
um NI (q (c m e As 1x fo Es Ca Fo Co Mó 7 mensões do rganizaciona e dados (mic m todos eles orno de supo ansferências er um fator ecomendação2.6 – U
A unidade m sistema qu IBBLE, Engen quatro mais colocada na A em utiliza correio elet s dimensões x0,5x2,3 cm orma: specificaçõe aracterísticas onte de alime ondições de o ódulos consti os produtos l é o mesmo croprocessad s) e E/S (en orte protocol s de dados p r crítico pa o dos fabricaMI - Unid
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– Aspeto ext igente é o p a na categor Como caract nte), entrada r da placa d A em repouso orte para mú são 10x8x2 a de proteçã — Especifica Te C de T tram na m s grandes mó ria externa a ídas múltipla menos alarg finalmente, po de prod óveis.vel inteli
terior (à esqu produto que s ria de gestão terísticas enc as e saídas de circuito i o de corrent últiplos utiliz ,5 cm para ão. As especi ações da UM Dimen ensão admiss Corrente máx Temperatura funcioname mesma orde ódulos comp auxiliar), co as digitais). ado, dos pad no consumo duto, não digente
uerda) e inte serve de bas o de frotas a contram-se a digitais, u mpresso), al te contínua) zadores e um a placa de ificações pod MI – Unidade M sões 110x80 sível 8 – 40V xima 400 m a de ento -20ºC GSM Telit 850/90 10, co m de gran õem os siste municação ( Quanto às d drões adotad o de corrente deve excede erior (à direi se a este pro automóveis, a presença d ma bateria limentação d , notificação ma porta séri circuito às q dem ser orga Móvel Intelig 0,5x48,0 mm V DC A – +50ºC GM862, 00/1800/190 m antena ex ndeza, o pa emas, proces (GPS e GSM diferenças g dos para con e que apesa er os 500 ita) da UMI ojeto. Este p disponibiliz de entrada an auxiliar de de 8 a 40 Vo o de eventos ie RS-232 (o quais acresc anizadas da gente. m Quad 00 MHz, GPR xterna aradigma ssamento presente giram em netores e ar de não mA, por produto é zado pela nalógicas e reserva Volts (400 s por SMS pcional). cem mais seguinte Band RS classe18
Especificações da UMI
GPS Ublox NEO-5M GPS, com 50 canais
paralelos, com antena externa CPU ATMEGA2560, processador de 8 bits
E/S Entradas e saídas digitais, porta
RS232, 4 entradas analógicas Bateria GP15R8HBE-2EC1 de 8,4 V
Observações Conetores Conetores MMCX para antena GPS e
GSM
Tabela 2.7 — Função dos pinos das entradas e saídas digitais disponíveis Função dos pinos do conector
GND Corte do motor Abertura portas
Alarme Ignição Sem uso
Ligação à bateria
Fecho portas Piscas Reset Sem uso Sem uso
Apresenta o seguinte conjunto de funcionalidades: - Controlo remoto da viatura através do telemóvel;
- Recorrendo às entradas e saídas digitais disponíveis, é possível atuar sobre a viatura para abrir e fechar o fecho das portas ou até imobilizar a viatura;
- Consulta da posição da viatura recebendo, para o efeito, as coordenadas GPS no telemóvel ou para um endereço de correio eletrónico específico;
- Botão de pânico instalado na viatura configura um sistema anti-carjacking, que possibilita a recuperação e localização da viatura em menor espaço de tempo, em caso de furto;
- Definição de um horário de utilização, durante o qual é registado todo o percurso da viatura e todos os eventos relevantes, posterior ao qual é enviado um correio eletrónico que contém toda a informação recolhida, em formato compatível com o Google Earth;
- Eventos relevantes, tais como sejam o disparo do alarme da viatura, saída de uma área delimitada, roubo ou reboque da viatura, são automaticamente reportados ao utilizador;
A comunicação é levada a cabo utilizando o sistema GSM/GPRS, pelo que é necessário que o cartão SIM introduzido no sistema suporte ambos os protocolos.
Os comandos só são aceites pela UMI, quando devidamente validados com o código de acesso. Para simplificar este processo, há a possibilidade de registar até dezasseis números de telemóvel no sistema, evitando desta forma, o uso do código de acesso em todos os comandos a enviar.
19 sis
2
os ex se no 9 Na figura stema: Fig2.7 – Su
Neste capí s protocolos xistentes no e pretende im ovo sistema q 2.10, mostr gura 2.10 – Dumário
ítulo aprese subjacentes mercado, qu mplementar. que se prete ra-se um dia Diagrama de ntaram-se as s. Foi feita u ue são semel . Expôs-se ai ende criar. agrama de b e blocos dos s principais uma descriçã lhantes em f inda o produ blocos que s módulos mai tecnologias ão de alguns funcionalida uto que serveintetiza os m is importante de localizaçã s sistemas de des e em arq e de base ao módulos con es do sistem ão e comuni e gestão de quitetura aq o desenvolvim ntidos no ma icação, e frotas já quele que mento do
Capítulo 3
Arquitetura do sistema
Este capítulo apresenta uma descrição da arquitetura global do sistema. É feita a apresentação de um diagrama de blocos que ilustra os principais módulos que constam do projeto final, acompanhados de um relato das funções que cada um deles vai desempenhar no âmbito do sistema.
3.1 – Enquadramento
Atualmente, para atingir um nível de excelência no projeto e na execução de tarefas complexas de engenharia, é recomendável executar procedimentos que, não só ajudem a prevenir erros, como também auxiliem a um saudável planeamento do trabalho em mãos. Assim sendo, a estruturação do projeto através da definição, descrição e concretização das partes integrantes do sistema, torna-se essencial para a constituição de uma arquitetura de sistema concisa, que dê origem a uma solução o mais próxima possível do ideal.
3.2 – Perspetiva geral do sistema
Para se ter uma perspetiva geral do sistema, há que compreender não só o âmbito do projeto, mas também os limites e as restrições que são impostas ao sistema.
O objetivo passou por desenvolver um sistema que permitisse uma localização e controlo eficaz de uma viatura remotamente. Para o fazer, tomou-se como base um produto desenvolvido anteriormente, a UMI, que foi descrita no capítulo anterior. Através de uma análise detalhada a este produto, identificaram-se de forma imediata os principais módulos a desenvolver e quais as limitações a ultrapassar.
Começando por uma descrição dos blocos constituintes do novo sistema, este sistema incluiu os seguintes módulos: comunicação, localização, unidade de processamento, entradas e saídas digitais, alimentação e armazenamento externo de dados. Até aqui em tudo semelhante à UMI, uma vez que o paradigma de desenvolvimento segue a mesma linha da generalidade dos projetos do mesmo segmento.
O desafio passou por adicionar novos blocos ao sistema e melhorar os já existentes, de forma a dotar o produto de novas funcionalidades. Para enfrentar este cenário foi necessário
22 levar em sistema. Uma controlo existent necessar UMI e a limitaçõ custos p para es comunic Para ao cont propried barrame Nest pela UM - Env rede IEE - Rec - Cá - Ob - Avi - Ar elevada A ut que con através ECU do v com um alvo de 3.1: m conta lim . a vez que nã o rigoroso do tes, pelo que riamente po adotadas sol ões a ultrapa para o utiliza ses fins, ra cação sem-fi a poder extra rolo de par dade da org ento OBD2 de te novo prod MI (especifica vio e receçã EE 802.11b; colha de dad lculo do con btenção do p isos por SMS rmazenamen capacidade ilização do s ntenha o sist do envio de veículo, ao l a rede sem consulta e a itações a ul ão se tratou o orçamento e sempre qu r uma melho luções para assar, foi pro ador e que li azão pela qu os. air informaçõ âmetros que ganização, fo e uma viatur duto, além adas no ponto ão de dados dos da interf sumo médio erfil de cond de condução to de todos . sistema pode tema instala SMS, armaz longo de um fios reconhe análise. Este ltrapassar, r u de um pro de compone e possível, s oria significa o hardware ojetada uma ibertou o sis ual foi adic
ões das unid e permitam oi adicionad ra, através d de estarem o 2.6 do cap armazenado face OBD2 do da viatura, dução do mo o perigosa e s os dados e ser traduzi ado pode se zena todos o m período de ecida, descar e princípio de Figura 3.1 – restrições qu ojeto estrita entes e o ap sem prejudic ativa, foi util
e que perm a solução que stema da nec cionado um dades de con tirar conclu do um bloco do protocolo incluídas to pítulo 2) intro os durante o o veículo; durante cad otorista; registo de e recolhidos p da, sucintam er localizada os percursos tempo e, qu rrega esses d e funcionam – Utilização d ue foram im amente acad proveitamen car o objetiv lizado softw itissem redu e permitiu c cessidade da novo bloco ntrolo eletrón usões acerca o que habili CAN. odas as fun oduziram-se os percursos da viagem; eventos relev pelo sistema mente, da se a em tempo realizados e uando chega dados que po mento encont do sistema mpostas e as démico, foi to máximo d vo do trabalh ware já desen uzir os cust comunicação a utilização d o ao sistema nicas do veíc a do bom o ita a comun cionalidades as seguintes realizados a vantes; a num cartã eguinte form real, a qua e parâmetros a a um perím odem ser, po tra-se ilustra s fronteiras necessário u dos recursos ho, que pass nvolvido para tos. Quanto o de dados se
de fios e cab a, o bloco
culo, com vis ou mau uso nicação com s já satisfeit s: através de um ão microSD a: uma viatu alquer instan s recolhidos metro equipa osteriorment ado pela figu
do um já sou a a às em bos de sta da m o tas ma de ura nte da ado te, ura
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3
ilu de em ar co m 33.3 – M
Um esque ustrado na fi3.3.1 – U
A unidade e ser capaz d m tempo re rquitetura R oncretament icrocontrola Tensão de Velocidad Memória F Memória S Interfaces ConversorMódulos d
ema dos mód igura 3.2:Unidade
de processa de processar eal. Para e RISC (Redu te uma s ador apresen Tabela 3.1 Espe e funcioname e de relógio Flash interna SRAM s de comunic res de sinaisdo sistem
dulos constit Figura 3.2 –de proce
amento é com r dados de t executar tal uced Instruc solução da ta as seguint — Especifica ecificações d ento a caçãoma
tuintes do si – Diagrama dessamen
mposta exclu tal forma a q l tarefa foi ction Set STMicroe tes caracterí ações do mic do micropro 2 – 3,6 V D 24MHz 256KBytes 24KBytes USART, SP 16 canais istema e a i dos módulosto
usivamente que seja posutilizado u Computing) letronics, ísticas, que c croprocessad cessador da DC s
PI, I2C, CAN ADC, 2 cana nteração en do sistema pelo micropr ssível mante um processa , o ARM o STM32F constam na t dor ARM Cort a família STM
ais DAC
ntre eles enc
rocessador. er o sistema ador de 32 Cortex M F100RC [30 tabela 3.1: tex M3 M32 contra-se Este tem a operar 2bits, de 3, mais 0]. Este
