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UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
RENATO DOS REIS COSTA
RICARDO LOPES
Caixa Preta Automotiva
Curitiba
2011
RENATO DOS REIS COSTA
RICARDO LOPES
Caixa Preta Automotiva
Monografia apresentada junto ao curso de
Engenharia da Computação da Universidade
Positivo, como requisito parcial à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves
Curitiba
2011
UNIVERSIDADE POSITIVO
Reitor: Prof. José Pio Martins
Pró-Reitor Acadêmico: Prof. Márcia Sebastiani
Coord. do Curso de Engenharia da Computação: Prof. Leandro H. de Souza
4
RENATO DOS REIS COSTA
RICARDO LOPES
Caixa Preta Automotiva
Monografia apresentada junto ao curso de
Engenharia da Computação da Universidade
Positivo, como requisito parcial à obtenção do
título de Engenheiro.
Comissão Examinadora
Prof. Marcelo Mikosz Gonçalves (orientador)
Prof. Maristela Regina Weinfurter Teixeira
Prof. Maurício Perreto
Curitiba
2011
5
RESUMO
Atualmente a perícia que investiga acidentes com veículos não consegue dados
precisos sobre o que realmente aconteceu com o veículo antes do acidente até o
momento do ocorrido. Em muitos casos as seguradoras não tem como identificar com
precisão uma tentativa de fraude, ou mesmo se o motorista segurado estava errado em
um acidente.
O objetivo do projeto é desenvolver um dispositivo que funciona como uma
espécie de “testemunha” em um acidente de trânsito e guarda dados importantes e
decisivos sobre o que realmente aconteceu no momento do acidente.
O dispositivo visa capturar e armazenar dados como posição do pedal de freio,
indicando se houve frenagem brusca na hora do ocorrido, posição do pedal de
acelerador, indicando se o usuário estava dirigindo ofensivamente, posição do volante
segundos antes da batida, caracterizando uma virada brusca, velocidade do veículo,
indicando se o veículo estava em alta velocidade e monitoramento da aceleração
segundos antes do impacto.
O dispositivo irá capturar a localização do veículo via módulo GPS e por fim
enviará uma mensagem de texto SMS com a localização do veículo para um telefone
previamente cadastrado.
Palavras-Chave: Event Data Recorders, Automotive Black Box, Caixa-Preta
Automotiva.
6
ABSTRACT
Nowadays, the expertise that investigates accidents with vehicles cannot obtain
accurate data about what really happened to the vehicle minutes before the accident
until the time that the incident happened. In many cases the insurers don’t have a way to
accurately identify a fraud attempt, or even if the insured driver was wrong in the
accident.
The project goal is to develop a device that acts as a sort of "witness" in a traffic
accident and store critical and sensitive data about what really happened during the
accident.
The device is will capture and store data such as brake pedal position, indicating if
there was a sudden breaking at the time of the occurrence, position of the accelerator
pedal, indicating whether the user was driving offensively, position of the steering
wheel seconds before the crash, featuring a sharp turn, vehicle speed, indicating that the
vehicle was speeding, acceleration monitoring seconds before the impact.
The device will also capture the location of the vehicle via GPS module and
finally send an SMS text message with the vehicle's location to a previously registered
phone.
Keywords: Event Data Recorders, Automotive Black Box
7
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................... 8
LISTA DE TABELAS ......................................................................................................................... 8
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 10
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................................ 11
2.1 GPS (Global Positioning System) ......................................................................................... 11 2.1.1 Estrutura do sistema GPS............................................................................................... 12 2.1.2 Protocolo NMEA 0183 .................................................................................................. 13
2.2 Acelerômetro .......................................................................................................................... 15 2.2.1 Tipos de Acelerômetros ...........................................................Erro! Indicador não definido.
2.3 Microcontrolador .................................................................................................................. 15 2.3.1 PIC ......................................................................................................................................... 16
2.4 GSM ........................................................................................................................................ 16
2.5 SMS ......................................................................................................................................... 16
3 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO .......................................................................................... 18
3.1 Objetivo .................................................................................................................................. 18
3.2 Diagrama em Blocos .............................................................................................................. 18
3.3 Definição do sistema .............................................................................................................. 19 3.3.1 Partes Componentes ............................................................................................................... 19
3.3.1.1 Acelerômetro ............................................................................................................. 19 3.3.1.2 Microcontrolador ...................................................................................................... 20 3.3.1.4 Módulo GPS .............................................................................................................. 22 3.3.1.5 Volante e Pedais Para Simulador de jogos de Corrida .............................................. 22
3.3.2 Restrições ....................................................................................................................... 23
4 IMPLEMENTAÇÃO ................................................................................................................. 25
4.1 Funcionamento básico do sistema ........................................................................................ 25
4.2 Funcionamento detalhado do sistema .................................................................................. 25 4.2.1 Hardware........................................................................................................................ 25
4.2.1.1 Programação do Hardware ........................................................................................ 25 4.2.1.2 Acelerômetro ............................................................................................................. 26 4.2.1.3 Módulo GPS .............................................................................................................. 27 4.2.1.4 Módulo GSM ............................................................................................................ 28
5 VALIDAÇÃO E RESULTADOS ............................................................................................. 29
6 CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 33
REFERÊNCIAS........................................................................................... 35
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 : Segmentos do Sistema GPS ..................................................................................... 12
Figura 2 : Configuração de órbita dos satélites GPS .................................................................... 12
Figura 3 : Distribuição das estações de controle GPS .................................................................. 13
Figura 4 : Esquema simplificado de envio de mensagens SMS entre celulares ................................. 17
Figura 5 : Diagrama em blocos do projeto ................................................................................ 18
Figura 6 : Acelerômetro MMA7260Q (Freescale, 2009) ............................................................. 19
Figura 7 : Circuito da Sureelectronics acoplado ao MMA7260Q .................................................. 19
Figura 8 : Esquemático da placa interligada ao acelerômetro MMA7260Q ...................................... 20
Figura 9 : Microcontrolador modelo PIC18F4550 ...................................................................... 21
Figura 10 : Módulo GSM SIM340 (SIMCOM, 2009) ................................................................ 21
Figura 11 : Módulo GPS ME-1000Rw .................................................................................... 22
Figura 12 : Volante e Pedais para Simuladores de Jogos Eletrônicos INTEGRIS modelo PS001J ....... 23
Figura 13 : Programador e Debugger de PICs PKBurner............................................................. 26
Figura 14 : Cabo de conversão serial-USB ............................................................................... 26
Figura 15 : Ligação do acelerômetro no microcontrolador ........................................................... 27
Figura 16 : Pinagem da Interface de Conexao ........................................................................... 28
Figura 17 : Resultado final do projeto ..................................................................................... 29
Figura 18 : Mensagem SMS enviada pelo sistema ..................................................................... 30
Figura 19 : Localização enviada pelo SMS vista no site Google Maps ........................................... 31
Figura 20 : Dados recolhidos do microcontrolador .................................................................... 31
Figura 21 : Planilha para interpretar os dados gravados no PIC .................................................... 32
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 : Características do Microcontrolador PIC18F4550 ........................................................ 21
Tabela 2 : Cronograma de atividades do projeto. ........................................................................ 23
10
1 INTRODUÇÃO
A caixa-preta é o nome popular de um sistema de registro de voz e dados
existente nos aviões. O som ambiente das cabines de comando e do sistema de áudio
são gravados pelo "Gravador de Voz", ou CVR (de Cockpit Voice Recorder), e os dados
de desempenho como velocidade, aceleração, altitude e ajustes de potência, entre tantos
outros, é gravado em outro equipamento conhecido como "Gravador de Dados", ou
FDR (de Flight Data Recorder).
São colocadas normalmente na cauda do avião e feitas de materiais muito
resistentes, como aço inoxidável e titânio, capazes de suportar uma aceleração de 33
km/s², um impacto de 3.400G (1G = força de gravidade da Terra), temperaturas de até
1.100°C por uma hora, e pressão aquática em profundidades de até 6.000 m, de forma a
permitir que em caso de acidente se consigam recuperar os registros e investigar as
causas do acidente.
É com esse objetivo que este projeto está sendo desenvolvido, com uma caixa
preta similiar a de um avião e customizada para veículos automotivos, iremos guardar
vários dados que auxiliarão empresas de seguros, investigadores e até mesmo
condutores a determinar o que realmente aconteceu com o veículo no momento da
colisão, comprovando se o motorista teve culpa no acidente, ou se foi somente uma
vítima.
Os dados obtidos serão: a posição dos pedais de freio, acelerador e volante
segundos antes a colisão via poteciômetros; a velocidade do veículo, a localização e
horário do acidente via módulo GPS;
Após a obtenção dos dados, uma mensagem será enviada a um telefone celular pré
definido via Módulo GSM. Na mensagem constará o horário do acidente e um link para
o site google maps (www.maps.google.com) com a posição do veículo.
11
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Através de pesquisas feitas em livros, artigos científicos e páginas da internet na
área de monitoramento via GPS, envio de mensagens via módulo GSM e aquisição de
sinais via acelerômetros, atingiu-se o conhecimento necessário sobre as ferramentas e
componentes mais adequados para a execução do projeto. Visando sempre utilizar
tecnologias de baixo custo e comuns para os dias atuais.
Os tópicos a seguir foram escolhidos pela sua importância no projeto e por seu
caráter básico para o seu entendimento.
2.1 GPS (Global Positioning System)
Global Positioning System (GPS), conhecido no Brasil como Sistema de
Posicionamento Global, é um sistema de navegação por satélite que fornece a um
aparelho receptor móvel a posição do mesmo, assim como informação horária, sob
quaisquer condições atmosféricas, a qualquer momento e em qualquer lugar na Terra,
desde que o receptor se encontre no campo de visão de quatro satélites GPS.
Encontram-se em funcionamento dois sistemas de navegação por satélite: o GPS
americano e o GLONASS russo. Existem também dois outros sistemas em
implementação: o Galileo da União Europeia e o Compass chinês.
O sistema americano pertence ao Governo dos Estados Unidos e operado através
do Departamento de Defesa. Inicialmente o seu uso era exclusivamente militar, estando
atualmente disponível para uso civil gratuito.
O GPS foi criado em 1973 para superar as limitações dos anteriores sistemas de
navegação, integrando várias ideias de vários predecessores. GPS foi criado pelo
Departamento de Defesa dos Estados Unidos (USDOD) e originalmente contava com
24 satélites. Se tornou completamente operacional em 1994.
O sistema russo, o Global Navigation Satellite System (GLONASS) era de uso
exclusivo militar russo, mas em 2007 ele foi liberado para uso civil.
O sistema GPS permite ao usuário a obtenção de seu posicionamento (latitude,
longitude e altitude) em tempo real. Além do posicionamento, o usuário pode
determinar sua trajetória, velocidade, tempo estimado para a chegada à um determinado
ponto.
12
2.1.1 Estrutura do sistema GPS
O sistema GPS é composto basicamente por três segmentos: o espacial, de
controle e de usuários (Figura 1).
Figura 1 : Segmentos do Sistema GPS
Segmento Espacial
O segmento espacial é composto por uma constelação de 24 satélites, distribuídos
em 6 planos orbitais, 4 satélites por órbita, inclinação entre si de 55°, altitude
aproximada de 20.000 Km em um período de revolução de 12 horas siderais. Esta
configuração assegura uma cobertura mínima de pelo menos 4 satélites, que em
qualquer parte do planeta (excetuando-se algumas regiões polares) a qualquer hora das
24 horas do dia.
A função do segmento espacial dentro do sistema é transmitir os sinais de
navegação GPS, de forma contínua e permanente. A figura 2 mostra a distribuição das
órbitas dos satélites.
Figura 2 : Configuração de órbita dos satélites GPS
13
Segmento de Controle
O segmento de controle é responsável pela manutenção do segmento espacial. Sua
principal função dentro do sistema GPS é a atualização das mensagens de navegação
transmitidas pelos satélites, sendo que, para atingir este objetivo, o segmento de
controle é constituído por cinco estações de monitoramento, localizadas em Ascencion,
Colorado Spring, Diego Garcia, Kwajalein e Hawaii (figura 3). Estas estações rastreiam
continuamente todos os satélites visíveis e os dados coletados são transmitidos para a
estação de controle mestre (Master Control Station), em Colorado Spring, EUA (figura
3), onde eles são processados e é testada a sua confiabilidade. As atualizações são
transferidas aos satélites para que possam ser transmitidas aos usuários.
Figura 3 : distribuição das estações de controle GPS
Segmento de Usuários
O segmento de usuários é composto por dois grupos distintos, que são os usuários
militares (forças armadas americanas e seus principais aliados) e os usuários civis.
Os usuários civis podem ser divididos em dois grupos que são: os que utilizam o
sistema somente para a navegação com equipamentos mais simples, e os que utilizam o
GPS para cartografia com equipamentos de alta precisão.
2.1.2 Protocolo NMEA 0183
NMEA 0183 ou somente NMEA (National Marine Electronics Association) é um
conjunto de especificações de dados para a comunicação entre dispositivos de
navegação, tais como sonares, anemometros, receptores GPS, entre outros. O protocol
NMEA foi criado e é controlado pelo National Marine Electronics Association
localizado nos Estados Unidos.
14
O protocolo NMEA 0183 utiliza uma comunicação serial ASCII, que define como
será a sentença de dados é transmitida.
2.1.3 Sentenças NMEA 0183
Os dados NMEA são descritos como sentenças, a primeira palavra da sentença,
chamada de tipo de dado (ou Data Type), define a interpretação do resto da sentença.
Cada Data type tem sua interpretação única e é definido no padrão NMEA.
Existem inúmeras sentenças no padrão NMEA para todos os tipos de dispositivos
usados na navegação marinha. Algumas dessas sentenças são utilizadas nos receptores
GPS.
Abaixo podemos ver alguns explemplos de sentenças NMEA:
GPGGA - Fix information (localização, uma das mais utilizadas por GPS)
GPRMB - recommended navigation data for gps (informações de localização)
GPRMC - recommended minimum data for gps (informações de localização)
GPZTG - Zulu (UTC) time and time to go (Informação de data e hora)
GPZDA - Date and Time (Informação de data e hora)
Existem algumas regras a serem seguidas no protocolo NMEA para facilitar sua
interpretação, a seguir é possível conhecer algumas dessas regras.
Cada inicio de mensagem começa com o símbolo de Dolar ($).
Os próximos 5 caracteres indicam a origem da mensagem, sendo dois para a
origem e três para o tipo de mensagem.
Todos os campos dos dados são delimitados por vírgulas.
Quando não há dados disponíveis o campo recebe um Byte nulo (por exemplo
em "123,,456", o segundo campo não tem dados disponíveis).
O primeiro caractere do último campo deve ser um asterísco (*), porém isto
só se aplica quando houver checagem nos dados (checksum).
O asterisco é seguido de um checksum de dois dígitos representados na
forma hexadecimal.
A mensagem é terminada com um Nova Linha ( <CR><LF> ou "\n" ).
Por exemplo, padrão RMC;
15
$GPRMC,002926.003,A,2526.7133,S,04921.5187,W,000.0,254.7,160611,,,A*68
Onde:
Onde:
GPRMC Tipo do dado.
002926 Horário do registro em 00:29:26 UTC.
A Estatus A=válido or V=inválido.
2526.7133,S Latitude 25 deg 26.713' S
04921.5187,W Longitude 49 deg 21.518' W
000.0 Velocidade em nós.
254.7 Angulação do percurso em Graus.
160611 Data – 16 de junho de 2011
*68 checagem nos dados, sempre começando com *
2.2 Acelerômetro
Um acelerômetro é um sensor que mede aceleração. Não necessariamente a
variação de velocidade de um dispositivo no espaço, mas a aceleração associada com o
fenômeno do peso vivenciado por uma massa em relação ao campo gravitacional da
terra. Por exemplo, um acelerômetro irá medir um valor quando estacionado, mesmo
não havendo mudança de velocidade, pois o mesmo possui um peso quando
estacionado.
Acelerometros medem em unidade de g, ou aceleração da gravidade que é igual a
9.81m/s². Este sensor pode medir: vibrações, choques, impactos e movimentos de um
objeto.
2.3 Microcontrolador
Microcontrolador é um chip que contém dentro de sua estrutura um processador,
memória e periféricos de entrada/saída que podem ser programados para realizar tarefas
específicas, e serem anexados a algum dispositivo para que possa controlar esse
produto.
O que diferencia os diversos tipos de microcontroladores, são as quantidades de
memória interna (programa e dados), velocidade de processamento, quantidade de pinos
de entrada/saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e set de instruções.
16
2.3.1 PIC
O PIC é um circuito integrado produzido pela Microchip Technology Inc., que
pertence a categoria dos microcontroladores, ou seja, um componente integrado que em
um único dispositivo contem todos os circuitos necessários para realizar um completo
sistema digital programavel. O pic pode ser visto externamente como um circuito
integrado TTL ou CMOS normal, mas internamente dispõe de todos os dispositivos
típicos de um sistema microprocessado, ou seja: Uma CPU (Central Processor Unit ou
Unidade de Processamento Central) e sua finalidade é interpretar as instruções de
programa; Uma memória PROM (Programmable Read Only Memory ou Memória
Programavel Somente para Leitura) na qual ira memorizar de maneira permanente as
instruções do programa; Uma memória RAM (Random Access Memory ou Memória de
Acesso Aleatório) utilizada para memorizar as variaveis utilizadas pelo programa; Uma
serie de Linhas de I/O (entrada e saída) para controlar dispositivos externos ou receber
pulsos de sensores, chaves, etc.;
O PIC possui também série de dispositivos auxiliares ao funcionamento, como
gerador de clock, bus, contador, entre outros.
2.4 GSM
A rede GSM (Global System for Mobile communications) é uma tecnologia
aberta, utilizada na transmissão de voz e dados na telefonia celular. É também o padrão
de telefonia móvel mais utilizado no Mundo, estando presente em mais de 218 países
cobrindo mais de 80% da população mundial.
A norma GSM suporta chamadas de voz e transferência de dados de até 9.6 kbit/s,
como exemplo temos as mensagens textos SMS (para Short Message Service) ou as
mensagens multimídia MMS (para Multimedia Message Service).
2.5 SMS
Short Message Service, ou Serviço de Mensagens Curtas é um método de
comunicação onde ocorre o envio de mensagens de texto entre telefones celulares ou de
um PC, Palmtop, Central GSM para um celular.
A tecnologia SMS foi criada na Europa, pelo grupo GSM pioneers. A
padronização do processo é feita pelo Instituto de padrões de telecomunicações Europeu
(ETSI). A tecnologia SMS foi criada para fornecer uma infraestrutura para o transporte
17
de mensagens curtas contendo no máximo 140 bytes de dados em uma rede de
telecomunicação móvel.
O transporte é feito pelo sinal tradicional da rede GSM. Um SMS é uma string
binária que contém toda a informação necessária para formar um cabeçalho da
mensagem necessário para o transporte e o corpo da mensagem que comtém a
mensagem enviada pelo usuário. O esquema básico de endereçamento da mensagem
SMS são números de telefones móveis chamados MSISDN (para Mobile Station
Integrated Services Digital Network).
Na figura 4 podemos observar um esquema simplicado do caminho percorrido por
uma mensagem SMS.
Figura 4 : Esquema simplificado de envio de mensagens SMS entre celulares
18
3 ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
3.1 Objetivo
A Caixa Preta Automotiva visa capturar dados considerados excenciais minutos
antes de um acidente, como velocidade do veículo, histórico de aceleração, posição dos
pedais indicando aceleração ou frenagem brusca. O sistema também irá utilizar um
módulo GPS que indicará aonde o veículo está no momento do acidente e através de um
módulo GSM enviará os dados de localização para um telefone celular pré estabelecido.
O usuário também contará com o histórico dos últimos minutos antes do acidente
que ficaram armazenados na memória interna do microcontrolador PIC e serão copiados
para o computador do usuário via porta USB.
3.2 Diagrama em Blocos
A Figura 5 demonstra de forma simples o fluxo de interação do sistema.
Figura 5 Diagrama em blocos do projeto
19
3.3 Definição do sistema
Nesse tópico são descritos todos os componentes necessários para a execução do
projeto, bem como as restrições presentes no desenvolvimento do mesmo. Com isso é
possível a análise como um todo do projeto assim como montagem, custos e tempo
investido.
3.3.1 Partes Componentes
O projeto consistirá nos seguintes tópicos:
3.3.1.1 Acelerômetro
Componentes capazes de detectar variação de movimentos. Utilizados para
capturar um movimento brusco caracterizando uma colisão do veículo. O Acelerômetro
a ser utilizado será o MMA7260Q do fabricante Freescale (Figura 6).
Figura 6 : Acelerômetro MMA7260Q (Freescale, 2009)
O acelerômetro foi acoplado a uma placa de circuito impresso da empresa
Sureelectronics, ilustrada pela figura 7. O modelo MMA7260Q da freescale faz parte da
primeira geração de acelerômetros de 3 eixos.
Figura 7 : Circuito da Sureelectronics acoplado ao MMA7260Q (Sure-electronics, 2004).
20
No circuito da figura 8 é possível verificar o esquemático de ligação dos pinos da
placa de circuito impresso que é interligada ao acelerômetro, esta placa facilita a
utilização do acelerômetro, pois em seus pinos estão apenas as entradas de alimentação
e as saídas.
Figura 8 : Esquemático da placa interligada ao acelerômetro MMA7260Q (Sure-electronics, 2004)
Dentre suas vantagens estão o baixo consumo (3uA em sleep mode, e 500uA em
modo de uso), é facilmente integrado em circuitos de 5V e 3.3V e tem custo
relativamente baixo (aproximadamente U$20,00).
A saída do MMA7260Q é analógica, um conversor A/D é necessário para
converter a leitura do valor do acelerômetro.
3.3.1.2 Microcontrolador
É um dispositivo contém todos os circuitos necessários para realizar um completo
sistema digital programável (MICROCHIP TECHNOLOGY INCORPORATED, 2001).
Será responsável pelo armazenamento e tratamento dos dados e comunicação entre os
módulos do projeto.
O modelo de microcontrolador escolhido foi o PIC18F4550 (figura 9) da família
18F de 8 bits da Microchip suas principais características podem ser observadas na
tabela 1.
21
Figura 9 : Microcontrolador modelo PIC18F4550.
Tabela 1 : Características do Microcontrolador PIC18F4550.
USB USB versão 2.0
Velocidade Barramento USB Low Speed(1,5Mb/s) High Speed(12Mb/s)
Clock interno 48 MHz
Tensão de alimentação +2,0V a +5,5V
Temperatura de Operação -40ºC a +85ºC
Memória de Programa 32Kbytes
Memória de Dados SRAM 2048 bytes e EEPROM 256 bytes
E/S 35
SPI Sim
Timers 1 de 8 bits e 3 de 16 bits
3.3.1.3 Módulo GSM:
Responsável por enviar os dados processados e tratados pelo microcontrolador a
um telefone celular GSM. O modem contido no módulo opera na faixa de 1900MHz. O
módulo utilizado será o SIM340 da marca SIMCOM (figura 10).
Figura 10 : Módulo GSM SIM340 (SIMCOM, 2009).
22
3.3.1.4 Módulo GPS
Responsável por capturar os dados relacionados a posição do veículo. O módulo
utilizado será o ME-1000Rw da marca Skytrack modelo Venus 6 (figura 11).
Figura 11 : Módulo GPS ME-1000Rw
O ME-1000RW é um módulo receptor GPS com antena acoplada. A antena é
conectada ao receptor através de um LNA. (Amplificador de Baixo Ruido). O receptor
tem 51 canais de aquisição e 14 canais de de rastreamento que são capazes de receber
sinais de até 65 satélites GPS e informar a posição e o tempo precisos para serem lidos
nas portas UART ou RS232 serial. O equipamento tem baixo consumo e a faixa de
tensão suportada vai de 3.3V~6.0V. O conector possibilita a saída tanto em nível
LVTTL quanto em nível RS232. (ME Componentes e Equipamentos Eletrônicos Ltda,
2011).
3.3.1.5 Volante e Pedais Para Simulador de jogos de Corrida
Tanto os pedais de freio quanto o de aceleração e o volante do carro são
simulados por um controle de simuladores de corrida. O modelo do controle é o PS001J
da empresa Intergris (figura 12).
23
Figura 12: Volante e Pedais para Simuladores de Jogos Eletrônicos INTEGRIS modelo PS001J
3.3.2 Restrições
Este item visa descrever quais foram as principais restrições do projeto.
3.3.2.1 Restrição de custos
O objetivo era executar o projeto com o menor custo possível. Chegando este ao
valor máximo de R$800,00 (oitocentos reais) em materiais.
3.3.2.2 Restrição de prazos
Conforme cronograma especificado pela coordenação do curso e apresentado na
tabela 2.
Tabela 2 : Cronograma de atividades do projeto.
Data Atividade a ser apresentada
28/02/11 Entrega das propostas do TCC para avaliação pelo colegiado.
21/03/11 Entrega das especificações técnicas do TCC aprovado.
18/04/11 Entrega da etapa de Projeto do TCC (no formato de monografia).
20/06/11
Apresentação da etapa da Implementação Parcial do TCC, com um
mínimo de 40% do projeto concluído, e do resumo estendido do artigo
técnico (uma cópia para o orientador).
15/08/11 Qualificação do TCC com a apresentação e defesa do projeto
implementado para a banca examinadora.
29/08/11
Segunda Qualificação do TCC com a apresentação e defesa do projeto
implementado para a banca examinadora, para os que não o fizeram no
dia 15/08/2011, com decréscimo da nota.
24
12/09/11 Entrega da monografia completa e do artigo científico, em três cópias.
10/10/11 Devolução das monografias e artigos com as correções sugeridas pelo
orientador e demais membros da banca examinadora.
24/10/11 Entrega das monografias, artigos, manuais, filme e CD com todas
correções solicitadas pelo orientador e membros da banca examinadora.
31/10/11 Apresentação dos TCCs na Mostra dos Projetos do curso de
Engenharia da Computação para a comunidade acadêmica e empresarial.
21e 22/11/11
Defesa pública dos trabalhos desenvolvidos, com apresentação oral
para a banca examinadora.
Devolução da monografia e demais documentos pela banca
examinadora
05/12/11
Entrega da documentação completa, revisada e corrigida, encadernada
no padrão da biblioteca (capa dura) em uma via, contendo a monografia,
manual do sistema e artigo científico;
Entrega do CD-ROM, no formato WEB, com todo o conteúdo do
TCC.
25
4 IMPLEMENTAÇÃO
Neste capítulo explica-se como foi implementado o projeto e falando um
pouco sobre seu hardware e software.
4.1 Funcionamento básico do sistema
Os procedimentos abaixo, descrevem de forma breve e simplificada o
funcionamento geral do projeto:
O módulo GPS envia informações de localização e velocidade para o PIC;
Os sensores posicionados nos pedais de freio e acelerador e também no
volante enviam informações do comportamento do motorista para o PIC;
Os acelerômetros captam o movimento do veículo;
O microcontrolador PIC captura e armazena as informações enviadas a ele;
Caso o microcontrolador PIC receba um valor do acelerômetro acima do
estabelecido, ele envia informações de localização para o módulo GSM;
O módulo GSM envia uma mensagem para um telefone celular pré-definido
com a localização do automóvel.
4.2 Funcionamento detalhado do sistema
Nesta seção explica-se detalhadamente a implementado do hardware do projeto.
4.2.1 Hardware
Neste tópico iremos descrever como cada componente de hardware mencionado
foi utilizado no projeto, assim como as etapas que os mesmos englobam do início da
captura dos dados até o envio das informações via SMS. Todo o hardware descrito e
utilizado no projeto pode ser facilmente encontrado no mercado.
4.2.1.1 Programação do Hardware
O hardware foi programado na linguagem de programação C, através da
plataforma de desenvolvimento PIC C Compiler e MPLAB IDE v8.66, e a gravação do
programa no microcontrolador PIC foi realizada pelo programador e debugger de PICs
PKBurner (figura 13) com o cabo de conversão serial-USB (figura 14) via entrada serial
do PIC e USB do computador.
26
Figura 13 : Programador e Debugger de PICs PKBurner
Figura 14 : Cabo de conversão serial-USB
4.2.1.2 Acelerômetro
No projeto, o acelerômetro tem como função detectar a colisão. Isso ocorre
através de um movimento brusco detectado pelo acelerômetro, um sinal é enviado ao
PIC, que desencadeia todo o processo de armazenamento de dados e envio da
mensagem ao usuário.
No projeto utilizamos somente dois dos três eixos do acelerômetro, os eixos X e
Y, que foram conectados a duas portas de entrada do microcontrolador, indicado por
duas flechas na figura 15 .
27
Figura 15 : Ligação do acelerômetro no microcontrolador
4.2.1.3 Módulo GPS
O módulo GPS tem como objetivo no projeto capturar informações referentes a
localização, velocidade, data e hora do ocorrido.
A saída de dados deste GPS é no padrão NMEA-0183 V3.01 e sua taxa de
atualizaçao é de 1 Hz, ou seja, ele atualiza sua posição a cada segundo.
Este módulo já tem antena embutida (figura 16), sendo desnecessário usar
antena externa. Isto simplificou e reduziu o tamanho do projeto.
As seguintes sentenças NMEA (e suas respectivas informações) são fornecidas
por padrão por este módulo GPS: GGA (Dados de localização), GSA (Modo de
operação do receptor GPS, satélites usados para navegação e valores de diluição de
sinal), RMC (posição, horário, data, velocidade), VTG (Direção/sentido do
deslocamento e velocidade) e GSV (Informações sobre os satélites).
A sentença utilizada no porjeto foi a RMC, pois esta contém todas as
informações necessárias, velocidade, posição, horário e data). As outras sentenças
foram descartadas.
No projeto foram utilizadas as saídas LVTTL do módulo, pinos 5 e 6 (figura 16).
Acelerômetro
PIC
28
Figura 16 : Pinagem da Interface de Conexao
4.2.1.4 Módulo GSM
Para o envio de mensagens via modem GSM, precisa-se primeiramente
configurar o modem GSM. Para estas configurações foram usados comandos AT (para
Attention Commands).
Comandos AT são comandos usados em Modems e é a linguagem padrão
utilizada pela indústria.
Primeiramente o comando "AT" é enviado para o SIM para testar a
conexão.
Se o modem estiver pronto ele retorna a frase “OK”.
Em seguida o comando "AT+CMGF=1" é usado para instruir o modem a
operar no modo SMS texto.
Novamente, se estiver tudo certo o modem retorná a frase “OK”.
Finalmente, o comando "AT+ CMGW” é utilizado para enviar a
mensagem propriamente dita.
29
5 VALIDAÇÃO E RESULTADOS
Neste capítulo apresenta-se todos os testes realizados desde a parte de captura e
armazenamento dos dados até o envio do SMS e também serão mostrados os resultados
finais deste projeto.
Devido a simplicidade do hardware e seu tamanho nenhum acessório extra foi
necessário (resfriadores, por exemplo). A figura 17 ilustra o projeto em seu estado
final.
Figura 17 : Resultado final do projeto
Tendo o hardware montado, foi iniciada a etapa de testes e validações. A
sensibilidade do acelerômetro foi diminuida de 6G para 1G para facilitar a simulação de
um acidente de trânsito. Nos testes manuais executados, o circuito se mostrou bem
eficaz e em todas as ocasiões as mensagens SMS chegaram ao seu destino. Duas
mensagens eram enviadas ao mesmo tempo para garantir que mesmo havendo falha por
parte da operadora de celular na entrega de uma mensagem, a outra chegaria.
A figura 18 mostra como a mensagem chegou ao telefone cadastrado.
30
Figura 18 : Mensagem SMS enviada pelo sistema
Onde temos as informações: DeviceId (número de identificação da caixa-preta);
Hora (hora da ocorrência); e um link contendo a localização do veículo no site Google
Maps (www.maps.google.com.br).
Ao clicar no link da figura 18, o usuário é direcionado para a página da figura
19.
31
Figura 19 : Localização enviada pelo SMS vista no site Google Maps
O projeto possui um recurso que possibilita a cópia dos dados contidos no
microcontrolador para o computador do usuário. Pode-se observar na figura 20, os
dados recolhidos na simulação acima, onde os mesmos significam respectivamente: ,
horário da ocorência (UTC), estatus do GPS (“A” para dados válidos e “N” para dados
inválidos), latitude, longitude, velocidade, posição dos pedais e volante.
Figura 20 : Dados recolhidos do microcontrolador
32
Foi desenvolvida também uma planilha Excel (figura 21) que contém um programa
em VBA (para Visual Basic for Applications) que interpreta os dados recolhidos no
microcontrolador.
Figura 21 : Planilha para interpretar os dados gravados no PIC.
33
6 CONCLUSÃO
A proposta para este projeto de conclusão de curso consistiu em projetar um
dispositivo que funcionasse similarmente a uma caixa-preta de uma aeronave mas
adaptada para um automóvel, captando informações decisivas na hora de se entender e
julgar o que realmente aconteceu em um acidente de trânsito. O projeto também visava
avisar a um pessoa pré-definida quando um acidente aconteceu e a localização do
mesmo via mensagem de texto SMS.
Partindo-se desta proposta, implementou-se um dispositivo que consistia em um
módulo GPS que é responsável por capturar informações de localização e velocidade;
sensores posicionados no volante e pedais de freio e aceleração, que monitoram os
movimentos do motorista; um acelerômetro, para detectar um acidente de trânsito e
desencadear todo o processo de aviso a usuário; um módulo GSM que tem como
objetivo enviar uma mensagem SMS ao usuário informando que houve um acidente; e
por fim; um microcontrolador PIC que tem como objetivo gerenciar todos os outros
módulos e ativar os eventos necessários na hora certa.
A partir dos testes apresentados no capítulo 5, pode-se concluir que o resultado
foi satisfatório, com um desempenho exemplar e alta confiabilidade. Do momento da
ocorrência até o recebimento da mensagem SMS pelo usuário, teve-se um tempo
variando entre 10 e 45 segundos, sem nenhuma falha.
Observou-se que o módulo GPS envia muitos dados considerados inválidos pelo
mesmo, seja por problemas na leitura ou sinal instável, e como sua frequência de
atualização é de 1 segundo, isso demonstrou uma certa preocupação, pois um ou dois
segundos em um acidente de trânsito pode-se perder dados essênciais.
Uma possibilidade de melhoria para este projeto seria a utilização de um módulo
GPS mais avançado, para diminuir a frequência de atualização para menos de 1 segundo
ou uma antena externa mais potente para evitar perdas de dados ou captação de dados
inválidos.
Outra possibilidade de melhoria seria a utilização de câmeras de vídeo para a
gravação do que está acontencendo tanto dentro quanto fora do veículo.
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De modo geral, conclui-se que o equipamento implementado apresentou
respostas satisfatórias à sua proposta inicial, precisando de algumas melhorias para
poder ser usado comercialmente.
35
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