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ESCOLA SENAI GERALDO ALCKMIN
CURSO TÉCNICO EM ELETROELETRÔNICA


FECHADURA COM MÓDULO BLUETOOTH

por
AKIRA SOUZA IAMAGUTI

FELIPE MATEUS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

HANIEL JONATHAS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

LUIS FELIPE RIBEIRO DE BRITO
Alunos do 4º semestre do Curso Técnico em Eletroeletrônica

Prof. SEIDE DA CUNHA FILHO

Professor Orientador


TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Pindamonhangaba - SP

2010

AKIRA SOUZA IAMAGUTI

FELIPE MATEUS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

HANIEL JÔNATHAS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

LUÍS FELIPE RIBEIRO DE BRITO

FECHADURA COM MÓDULO BLUETOOTH
Projeto desenvolvido pela escola SENAI “Geraldo Alckmin” apresentado ao INOVA SENAI 2010

Orientador: Prof. Seide da Cunha Filho



PINDAMONHANGABA

2010

AKIRA SOUZA IAMAGUTI

FELIPE MATEUS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

HANIEL JÔNATHAS BATISTA LOBATO SIQUEIRA

LUÍS FELIPE RIBEIRO DE BRITO

FECHADURA COM MÓDULO BLUETOOTH

Projeto desenvolvido pela escola SENAI “Geraldo Alckmin” apresentado ao INOVA SENAI 2010.




Resultado:__________________

Banca Examinadora:

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________



DEZEMBRO 2010


Este trabalho propõe a montagem de um sistema de acesso à áreas privativas de residências, comércios ou indústria mediante checagem e validação de senha de acesso com telefonia móvel por Bluetooth. Prevê a montagem do dispositivo final que poderá ser implementado em qualquer tipo de porta ou portão, inclusive em portões automáticos. Na primeira fase do projeto, serão estudados os sistemas de comunicação, protocolos e programas do telefone e módulo Bluetooth para estabelecer o enlace e realizar a checagem da senha e a provável permissão de acesso. A seguir, serão realizados testes e ensaios no módulo Bluetooth adquirido especialmente para ser montado em conjunto com um circuito eletrônico responsável pelo acionamento da solenóide da fechadura elétrica ou do portão automático e finalmente será montado um protótipo para ser apresentado como equipamento final do projeto.





RESUMO
Palavras-chave: Bluetooth, Módulo Bluetooth, fechadura elétrica.

A
This paper proposes the design of a system of access to private areas of homes, businesses or industry by checking and validation of password access done by mobile telephony using Bluetooth technology of wireless communications. The final assembly of the device that can be implemented in any type of door or gate, including automatic gates. In the first part of the project will be studied communication systems, protocols and programs of the phone and Bluetooth module to establish the link and perform the check and a likely password access permission. The following tests will be performed and testing Bluetooth module purchased specifically to be mounted in conjunction with an electronic circuit responsible for triggering the solenoid of the electric door locks or automatic gate and built a prototype is to be presented as final equipment of this project.

BSTRACT

Key-words: Bluetooth, Bluetooth Module, electric lock.
LISTA DE FIGURAS


Tipo

Título

Pag.

Figura 1

Logotipo da Tecnologia Bluetooth……………………………………

9

Figura 2

Módulo Bluetooth………………………………………………………

14

Figura 3

Placa adaptadora do modulo Bluetooth……………………………..

14

Figura 4

PIC16F887, da Microchip ..............................................................

15

Figura 5

Programação em linguagem C.......................................................

17

Figura 6

Esquema e descrição de ports do PIC16F887 ..............................

18

Figura 7

Imagem de uma fechadura elétrica típica......................................

19

Figura 8

Esquema do sistema de fechadura Bluetooth................................

20

Figura 9

Sequência de funcionamento da fechadura com módulo Bluetooth.........................................................................................

21

Figura 10

Fluxograma do Sistema em funcionamento ..................................

22

Figura 11

Interface do programa Realterm Serial Comms.............................

24

Figura 12

Esquema eletrônico de montagem do MAX 232............................

25

Figura 13

Osciloscópio identificando a passagem dos bits de sinal...............

27

Figura 14

Ciclo completo de acionamento simulado......................................

28

Figura 15

Software Proteus simulando o circuito ..........................................

29

SUMÁRIO


1. Introdução




1.1 Redes de comunicação sem fio...........................................................

7

1.2 O projeto..............................................................................................

9

1.3 Funcionamento do Bluetooth...............................................................

11

2. Desenvolvimento




2.1 Dispositivos utilizados..........................................................................

13

2.1.1 Módulo Bluetooth com adaptador............................................

13

2.1.2 PIC16F887...............................................................................

15

2.1.3 Fechadura Elétrica...................................................................

18

2.1.4 Montagem do circuito para ensaios.........................................

19

3. Ferramentas de Trabalho..............................................................................




3.1 Programa Computacional Realterm....................................................

23

3.2 Circuito com MAX 232.........................................................................

24

3.3 Outras ferramentas..............................................................................

25

4. Testes ...........................................................................................................




4.1 Identificando RX e TX.........................................................................

27

4.2 Funcionamento do Módulo Bluetooth.................................................

28

4.3 Simulação do Circuito.........................................................................

29

5. Conclusão .....................................................................................................

30

6. Referências Bibliográficas.............................................................................

31

Anexos




Anexo A – Folha de dados do módulo Bluetooth......................................

33

Anexo B – Folha de dados do transmissor/receptor de comunicação serial – MAX232........................................................................................

43

Anexo C – Folha de dados do PIC16F887................................................

53



1 INTRODUÇÃO
1.1 Redes de comunicação sem fio

Uma rede sem fio refere-se a uma rede que não possui a necessidade do uso de cabos – sejam eles telefônicos, coaxiais ou ópticos – por meio de equipamentos que usam radiofreqüência (comunicação via ondas de rádio) ou comunicação via infravermelho, como em dispositivos compatíveis com IrDA.

O uso da tecnologia vai desde transceptores de rádio como walkie-talkies até satélites artificiais no espaço. Seu uso mais comum é em redes de computadores, servindo como meio de acesso à Internet através de locais remotos como um escritório, um bar, um aeroporto, um parque, ou até mesmo em casa.

Sua classificação é baseada na área de abrangência: redes pessoais ou curta distância (WPAN), redes locais (WLAN), redes metropolitanas (WMAN) e redes geograficamente distribuídas ou de longa distância (WWAN).

Wi-Fi é uma marca registrada da Wi-Fi Alliance, que é utilizada por produtos certificados que pertencem à classe de dispositivos de rede local sem fios (WLAN) baseados no padrão IEEE 802.11. Por causa do relacionamento íntimo com seu padrão de mesmo nome, o termo Wi-Fi é frequentemente usado como um sinônimo para a tecnologia IEEE 802.11. Seu nome é uma abreviação do termo inglês Wireless Fidelity, que significa Fidelidade Sem Fio.

O padrão Wi-Fi opera em faixas de frequências que não necessitam de licença para instalação ou operação. Este fato, o torna atrativo. No entanto, para uso comercial no Brasil é necessária licença da Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel).

Para se ter acesso à internet através de rede Wi-Fi deve-se estar no raio de ação ou área de abrangência de um ponto de acesso (normalmente conhecido por hotspot) ou local público onde opere rede sem fios e usar dispositivo móvel, como computador portátil, Tablet PC ou PDA com capacidade de comunicação sem fio, deixando o usuário do Wi-Fi bem à vontade em usá-lo em lugares de "não acesso" à internet, como por exemplo, em Aeroportos.

Atualmente, muitas operadoras de telefonia estão investindo pesado no Wi-Fi, para ganhos empresariais.



Hotspot Wi-Fi existe para estabelecer ponto de acesso para conexão à internet. O ponto de acesso transmite o sinal sem fios numa pequena distância – cerca de 100 metros. Quando um periférico que permite "Wi-Fi", como por exemplo um Pocket PC, encontra um hotspot, o periférico pode instantaneamente conectar-se à rede sem fio. Muitos hotspots estão localizados em lugares que são acessíveis ao público, como aeroportos, cafés, hotéis e livrarias. Muitas casas e escritórios também têm redes "Wi-Fi". Enquanto alguns hotspots são gratuitos, a maioria das redes públicas é suportada por Provedores de Serviços de Internet que cobram uma taxa dos usuários para se conectarem.

Atualmente, praticamente todos os computadores portáteis vêm de fábrica com dispositivos para rede sem fio no padrão Wi-Fi (802.11b, a ou g). O que antes era acessório está se tornando item obrigatório, principalmente devido ao fato da redução do custo de fabricação.

Mas a inserção da tecnologia Bluetooth no mercado ocorreu de forma gradativa, iniciando em meados de 1994. Na época, a empresa Ericsson começou a estudar a viabilidade de desenvolver uma tecnologia que permitisse a comunicação entre telefones celulares e acessórios utilizando sinais de rádio de baixo custo, ao invés dos tradicionais cabos. O estudo era feito com base em um projeto que investigava o uso de mecanismos de comunicação em redes de telefones celulares, que resultou em um sistema de rádio de curto alcance que recebeu o nome MCLink. Com a evolução do projeto, a Ericsson percebeu que o MCLink poderia dar certo, já que o seu principal atrativo era uma implementação relativamente fácil e barata.

Em 1997, o projeto começou a despertar o interesse de outras empresas que, logo, passaram a fornecer apoio. Por conta disso, em 1998 foi criado o consórcio Bluetooth SIG (Special Interest Group), formado pelas empresas Ericsson, Intel, IBM, Toshiba e Nokia. Note-se que esse grupo é composto por dois "gigantes" das telecomunicações, a Ericsson e a Nokia, dois nomes de peso na fabricação de computadores, a IBM e a Toshiba e ainda, a líder no desenvolvimento de chips e processadores, a Intel. Essa diversidade foi utilizada para permitir o desenvolvimento de padrões que garantissem o uso e a interoperabilidade da tecnologia nos mais variados dispositivos.

A
partir daí, o Bluetooth começou a virar realidade, inclusive pela adoção desse nome. A denominação Bluetooth é uma homenagem a um rei dinamarquês chamado Harald Blatand, mais conhecido como Harald Bluetooth (Haroldo Dente-Azul). Um de seus grandes feitos foi a unificação da Dinamarca, e é em alusão a esse fato que o nome Bluetooth foi escolhido, como que para dizer que a tecnologia proporciona a unificação de variados dispositivos. O logotipo do Bluetooth é a junção de dois símbolos nórdicos que correspondem às iniciais de Harald. Na Fig 1 a seguir é mostrado o símbolo do Bluetooth.
Figura 1: Logotipo da tecnologia Bluetooth.

1.2 O projeto

A evolução da tecnologia aqui representada pelo módulo Bluetooth tem sido pouco explorada em relação à capacidade oferecida por ela. O princípio básico aplicado foi estudado e desenvolvido por Tesla, em 1891. A bobina Tesla é base de qualquer dispositivo de comunicação sem fio.

A facilidade de geração de sinais de freqüência pela tecnologia Bluetooth pode ser utilizada no cotidiano das pessoas. A diversidade de aparelhos com suporte a essa tecnologia é vasta, o que estimula sua implementação e exploração.

O custo relacionado ao produto finalizado será razoavelmente baixo, com base na facilidade de uso, mobilidade do controle de acesso e a grande vantagem de se agregar mais essa funcionalidade ao aparelho de telefonia móvel, aparelho este, que se tornou um dispositivo indispensável no cotidiano humano.

Os riscos de mau funcionamento serão mínimos, pois a forma mecânica de acionamento da porta ou portão automático será mantida. Assim, o acionamento via Bluetooth será apenas um adicional para maior comodidade aos usuários, agregando agilidade e rapidez de acesso à residência, podendo acionar a fechadura sem contato físico com a mesma, até cerca de 10 metros do circuito.

Implementações atuais com dispositivos Bluetooth baseiam-se em conexões ponto-a-ponto. Entretanto, a especificação Bluetooth não define apenas soluções ponto-a-ponto como também topologias mais complexas. Assim, a aplicação realizada em um dispositivo de acionamento via Bluetooth torna-se altamente possível e recomendada.

Observando-se os tipos de acionamento de portões e portas automáticas, que de modo geral é realizada por meio de chaves (botoeiras) comuns ou por controle remoto de radio freqüência, verificou-se a possibilidade de se realizar o comando desses circuitos de acionamentos através dos aparelhos de telefonia móvel, ou seja, aparelho telefone celular, mediante a utilização de um serviço de comunicação sem fio existente nos telefones, denominado Bluetooth.

Uma porta de acesso a residência pode apresentar maior segurança e facilidade de acesso, evitando a perda de chaves convencionais com o acionamento obtido através de um aparelho celular comum com suporte à função Bluetooth. Com um módulo Bluetooth adquirido com freqüência estabelecida e pré-configurada, é possível integrá-lo ao circuito de acionamento instalado à uma fechadura elétrica da porta. A ativação dar-se-à por sinal digital, gerado pela senha enviada pelo aparelho de telefonia móvel ao módulo Bluetooth integrado à fechadura da porta.

Esse sistema funciona do seguinte modo: o pacote de dados enviados pelo telefone celular chega ao receptor do módulo Bluetooth localizado no circuito na porta a ser acionada e aberta. O programa contido no módulo compara os dados recebidos, verificando a compatibilidade dos bits com a senha esperada. Com a verificação concluída um sinal de pulso é enviado ao micro controlador, que ativa o circuito eletromecânico contido na fechadura. Caso haja falha na verificação uma mensagem de senha inválida é enviada ao aparelho de telefonia móvel.

1.3 Funcionamento do Bluetooth

Bluetooth é um padrão de comunicação sem fio de curto alcance, baixo custo e baixo consumo de energia que utiliza tecnologia de rádio. Sua especificação é aberta e está publicamente disponível. Um Bluetooth Wireless Personal Area Network (BT-WPAN) consiste de piconets. Cada piconet é um conjunto de até oito dispositivos Bluetooth. Um dispositivo é designado como mestre e os outros como escravos. Através de uma pilha de protocolos bem definida e de um conjunto mínimo de componentes de hardware, dispositivos Bluetooth têm ganhado uma parcela significativa do mercado de comunicação sem fio. [2]

A rede Bluetooth transmite dados via ondas de rádio de baixa potência. Ela se comunica numa faixa de freqüência entre 2,402 GHz e 2,480 GHz. Essa banda de freqüência, chamada de ISM, foi reservada por acordo internacional para o uso de dispositivos industriais, científicos e médicos.

O Bluetooth usa uma técnica chamada salto de freqüência de espalhamento espectral, que praticamente impossibilita que mais de um dispositivo transmita na mesma freqüência ao mesmo tempo. Com essa técnica, um dispositivo usa 79 freqüências individuais escolhidas aleatoriamente dentro de uma faixa designada, mudando de uma para outra com regularidade. No caso do Bluetooth, os transmissores alteram as freqüências 1.600 vezes por segundo, o que significa que muitos dispositivos podem utilizar totalmente uma fatia limitada do espectro de rádio. Como todos os transmissores Bluetooth usam automaticamente a transmissão de espalhamento espectral, é improvável que dois transmissores compartilhem a mesma freqüência simultaneamente. Essa mesma técnica minimiza o risco de interferência de telefones portáteis ou outros dispositivos Bluetooth, já que qualquer interferência em uma freqüência particular dura somente uma fração de segundo. [2]

Quando dispositivos com Bluetooth entram na faixa um do outro, uma comunicação ocorre para determinar se eles possuem dados compartilháveis ou se um deve controlar o outro. O usuário não precisa pressionar um botão ou aplicar um comando, a comunicação acontece automaticamente.

O Bluetooth pode transmitir até 721 kbps em uma direção e 57,6 kbps na outra. Se o uso exige a mesma velocidade em ambas as direções, o Bluetooth pode estabelecer uma ligação com capacidade de 432,6 kbps em cada direção.

Para que seja eficiente e seguro, o módulo Bluetooth será pré-programado com apenas uma senha de acesso. Qualquer aparelho com suporte a Bluetooth será capaz de acionar o dispositivo de comando da porta, inserindo corretamente a senha desejada.

Uma das grandes vantagens da utilização de Bluetooth é a possibilidade de criar uma PAN (Personal Area Network – área de rede pessoal) de forma ad-hoc ou seja, um a um, sendo assim, um dispositivo que entra ao alcance de outro, automaticamente se conecta e estes constituem uma PAN.[3]

Neste cenário, um dispositivo recebe o papel de mestre, enquanto que os outros recebem o papel de escravo. A este conjunto de mestre e escravos dá-se o nome de piconet. Cada piconet pode ter até 8 dispositivos. Quando duas piconets se conectam, através de um dispositivo em comum, forma-se a chamada scatternet. [3]


2 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
2.1 Dispositivos utilizados

O projeto prevê um conjunto de dispositivos eletromecânicos e componentes eletrônicos para montagem do projeto final. Nos parágrafos que seguem, podem ser vistas as descrições iniciais de cada componente do projeto com suas principais características elétricas, de funcionamento e suas respectivas participações nas várias partes do projeto.

Maiores informações a respeito da maioria dos componentes poderão ser observadas nos anexos mais ao final desse documento.

As interligações elétricas e eletrônicas dos dispositivos aqui apresentados serão ilustradas e descritas no capítulo a seguir.



2.1.1 Módulo Bluetooth com adaptador

O principal componente e o objeto de maior concentração dos estudos para a realização do projeto, o módulo Bluetooth será responsável por estabelecer o canal de comunicação entre o portão de abertura automática com o aparelho de celular do usuário interessado em atravessar uma barreira que utiliza a fechadura com módulo Bluetooth.

Para que o sistema de barreira para acesso de pessoas seja seguro e confiável, faz-se necessário a programação de senhas no sistema. Uma senha inicial é utilizada apenas para que se possibilite estabelecer um enlace entre o aparelho celular com serviço Bluetooth ligado com o sistema do portão automático e outra senha que permite a abertura da barreira mediante a sua checagem no sistema Bluetooth. O módulo de circuito eletrônico contendo o sistema Bluetooh pode ser visto na Fig 2. Para realizar a montagem do módulo de comunicação sem fio com o restante dos circuitos do equipamento final será necessário a utilização de uma placa que contém um circuito eletrônico que faça a regulagem da tensão de alimentação do chip bem como para facilitar a conexão com as entradas e saídas do módulo de comunicação. Esse circuito é chamado de SIMBAD que é a contração de Simple Bluetooth Adapter, que em português significa Adaptador Simples para Bluetooth. Essa placa do circuito adaptador, sobre o qual será montado o chip do bluetooh para ligação final na placa do equipamento final pode ser visto na Fig 3. O programa compilador e transmissor desse programa fonte contendo o funcionamento da fechadura com módulo Bluetooth está descrito mais adiante.




Figura 2: Módulo Bluetooth.



Figura 3: Placa adaptadora do módulo Bluetooth.
2.1.2 PIC16F887
O PIC 16F887 é um microcontrolador da família de 8 bits e núcleo de 14 bits fabricado pela Microchip Technology.

O número 16 significa que ele faz parte da família "MID-RANGE". É um microcontrolador da família de 8 bits. Isto significa que a ALU (Arithmetic and Logique Unit ou Unidade Aritmética e Lógica, em português) lida com palavras de no máximo 8 bits.

A letra F indica que a memória de programa deste PIC é do tipo "Flash". Cada linha da memória é uma palavra de 14 bits.

Os três últimos números permitem identificar precisamente o PIC, que neste caso é um PIC do tipo 887. Estes parâmetros são de fácil identificação, como pode-se observar na Figura 4.





Figura 4: PIC16F887, da Microchip.
A referência 16F887 pode ter um sufixo do tipo "-XX", onde XX representa a freqüência máxima do relógio que o PIC pode receber.

Sua freqüência de operação (clock) vai até 20MHz, resultando em uma velocidade de processamento de 5 MIPS.

Possui memória flash de programa com 8192 palavras de 14 bits, memória RAM com 368 bytes e memória EEPROM com 256 bytes. Seu conjunto de instruções RISC se compõe de 35 instruções. Pode funcionar com alimentação de 2V a 5,5V. Sua pinagem DIP tem 40 pinos.

A versão mais recente do PIC16F887 contém um módulo de 2 comparadores analógicos (CMCON) e um módulo gerador de voltagem de referência (VRCON).


Como periféricos ele possui:

- 5 conjuntos de portas de entrada e saída (total de 33 portas)

- Conversor analógico-digital de 10 bits de resolução e 8 canais de entrada

- Periférico de comunicação paralela e serial (USART e MSSP)

- 2 Módulos CCP (Comparação, Captura e PWM)

- 3 Timers (1 de 16 bits e 2 de 8 bits)

- Watchdog timer

- Memória Flash

- Cada linha da memória (Memória flash) tem 14 bits.

A ALU permite fazer as operações matemáticas simples: OPERANDO_1 OPERADOR OPERANDO_2. (p.ex. 3 + 5).

Os dois operandos (OPERANDO_1 e OPERANDO_2) são palavras de 8 bits (pois o 16F887 é um micro controlador 8bits).

O OPERADOR é uma das 35 instruções disponíveis (codificadas por 6 bits)

A memória Flash é composta de uma palavras de 8 bits (OPERANDO_1) e uma palavra de 6 bits (OPERADOR).

O OPERANDO_2 poderá ser:

- O resultado da operação precedente;

- Inexistente (p.ex. : um desvio);

- Um valor previamente carregado no registrador W pela instrução precedente.

Os métodos de programação disponíveis são escrever diretamente um arquivo em Hexadecimal (como nos anos 1960), escrever em Assembler e escrever em C.

Por motivos de maior suporte e conhecimento em relação à linguagem C, a mesma foi implementada como programação do PIC16F887, sendo responsável por todas as ações realizadas pelo sistema.

A seguir encontra-se parte do código fonte contido na memória do PIC16F887, que controla as execuções do sistema.



Figura 5: Programação em linguagem C.

O PIC16F887 possui clock interno, o que traz facilidades em sua implementação no projeto extinguindo-se o uso de capacitores e cristal externo para a confecção do clock. Devido a esta vantagem aqui descrita o mesmo foi selecionado para agregação ao sistema de acionamento por Bluetooth. Entretanto, este microcontrolador aceita clock externo apenas aplicando algumas modificações na programação.



Figura 6: Esquema e descrição de ports do PIC16F887.

2.1.3 Fechadura elétrica
A fechadura elétrica será o atuador do equipamento final. Quando um usuário conecta-se ao Bluetooth da fechadura lhe é solicitada a senha, para realizar a liberação da barreira o usuário deverá inserir a senha correta. Após checagem da senha, o microcontrolador emitira um sinal para o driver que imediatamente pulsará a fechadura elétrica.

Trata-se de um dispositivo simples que se parece muito com fechaduras comuns, mas que na sua parte que é instalada no batente encontra-se a solenóide que libera uma lingueta falsa, permitindo a abertura da porta mesmo com a trava da fechadura da porta acionada. Na Figura 7 a seguir tem-se uma imagem desse dispositivo.






Figura 7: Imagem de uma fechadura elétrica típica.


2.1.4 Montagem do Circuito para ensaios

O circuito será composto por um módulo Bluetooth, um microcontrolador, um relé do driver e uma fechadura elétrica. O esquema deste sistema pode ser visto na Figura 8 .

O módulo Bluetooth receberá o sinal enviado por um aparelho de telefonia móvel (celular) contendo a senha que permite a comunicação interna no circuito eletrônico.[4]



Figura 8: Esquema do sistema de fechadura Bluetooth.
Após o recebimento de dados enviados através do aparelho de telefonia móvel (celular), o módulo de comunicação sem fio comparará a senha recebida com a senha pré-estabelecida pelo cliente. Esse sistema de comunicação pode ser visto na Figura 13, onde se observa o tipo de onda, frequência e amplitude do sinal.

Após a confirmação de compatibilidade entre senhas, o módulo estabelecerá comunicação com o microcontrolador. Trabalhando o sinal de entrada através de programação, um pulso elétrico será gerado na saída do micro controlador e esse pulso será enviado à bobina do relé que acionará o contato principal, liberando tensão à fechadura elétrica, que será acionada. Essa seqüência de procedimentos pode ser melhor entendida através da observação da Figura 9 a seguir.






Figura 9: Seqüência de funcionamento da fechadura com módulo Bluetooth.

Para programação da lógica definida anteriormente é altamente recomendável a confecção do fluxograma do sistema. Tal representação acarreta em facilidades na execução prática do projeto, minimizando erros e direcionando a concepção do mesmo.

Além de tais vantagens apresentadas, o fluxograma representa esquematicamente o processo de acionamento da fechadura, auxiliando na compreensão do fluxo de dados entre os elementos do sistema.

Pode-se notar, a seguir, o fluxograma do sistema de acionamento da Fechadura com Módulo Bluetooth, iniciando na identificação através de um aparelho de telefonia móvel e concretizando-se no acionamento da fechadura.






Figura 10: Fluxograma do Sistema.

3 FERRAMENTAS DE TRABALHO
3.1 Programa computacional RealTerm

Nessa parte do documento serão mostradas algumas ferramentas utilizadas no decorrer desse projeto que serviram de material de apoio, simulação ou adaptação para o alcance de alguns objetivos pontuais ou específicos.

Para se realizar um teste de comunicação e funcionamento do módulo Bluetooth foi utilizado o programa computacional chamado Realterm Serial Comms.

Realterm é um programa gratuito de terminal para realizar testes de comunicação serial entre equipamentos, neste caso, entre o micro computador e o módulo Bluetooth. Através dele enviou-se comandos ao módulo Bluetooth a fim de testar o comportamento do mesmo na transferência de sinal entre o módulo Bluetooth e um aparelho de telefonia móvel.

Ao conectar o módulo Bluetooth ao microcomputador através de uma porta serial, o programa indica através do painel “Status” as condições de portas, pinos e entradas, monitorando-os em tempo real. [5]

Caso o módulo esteja corretamente conectado e em pleno funcionamento a mensagem PON é exibida no display do programa. Uma imagem da interface do programa estabelecendo conexão com o módulo Bluetooth pode ser vista na Figura 11.





Figura 11: Interface do programa Realterm Serial Comms.

3.2 Circuito com MAX232

Como o módulo Bluetooth utiliza tensão de 3,3 V nas portas de comunicação RX e TX e o micro computador que roda o programa RealTerm tem na saída serial tensões entre -10 e +12V faz-se necessário a montagem de um circuito de acoplamento entre eles.

O chip MAX 232 é o componente escolhido para promover tal acoplamento. O esquema eletrônico da montagem pode ser visto na Fig 12 a seguir.

O MAX 232 é um chip de uma família de receptores/transmissores de sinais do tipo serial nos moldes dos protocolos EIA/TIA-232E onde não se dispõe de fontes de 12V ou que necessitem de acoplamentos que reduzam a tensão de saída. [6]

Outras informações a respeito do conversor podem ser tiradas da folha de dados que se encontra em anexo a este documento.



Figura 12: Esquema eletrônico de montagem do MAX 232.

3.3 Outras ferramentas

Para alcançar o resultado final desse projeto, serão utilizadas outras ferramentas de trabalho que se relacionam com o projeto em si. Umas das ferramentas a ser brevemente descrita é um programa compilador para microcontrolador 8051.

O programa selecionado é o Keil µVision2 IDE que desenvolveu um conjunto de ferramentas eficientes para essa família de microcontroladores. Por meio desse programa, pode-se executar todos os passos necessários para a criação, gerenciamento do projeto, teste e finalização do sistema, gerando o aquivo HEX necessário para a gravação nos chip 8051. [7]

Além de programas de computador que ajudam na simulação e geração de da parte de software a ser implementada no projeto foram necessários algumas outras ferramentas para ensaios dos circuitos e averiguação do comportamento e funcionamento. Essa lista pode ser vista a seguir.



  • Osciloscópio Digital / Analisador de Espectro HOMIS, mod. DF4328 - 2 canais, monitor monocromático, 20Mhz;

  • Gerador de Funções Minipa, modelo MFG-4202;

  • Multímetro Digital Minipa, modelo ET-2039;

  • Multímetro Digital Minipa, modelo ET-2055;

  • Microcomputador;

  • Proto-onboard;

  • Kit de Eletrônica digital – Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica BIT9.


4 TESTES
4.1 Identificando RX e TX

Ao iniciar-se o experimento percebeu-se a importância da identificação correta dos pinos de entrada e saída na comunicação entre o módulo Bluetooth e o PIC16F887. Isto devido ao fato de existir uma seqüência de ligação correta entre os mesmos a fim de sanar qualquer falha proveniente de uma alimentação inadequada à porta de entrada ou de saída.

Para tal fim utilizou-se um osciloscópio para averiguação dos pulsos enviados, obtendo assim, a identificação precisa do pino receptor e do pino emissor de sinal.

Inserindo o pino RX em um canal do osciloscópio e o pino TX no segundo canal observou-se a passagem dos bits provenientes das mensagens de status enviadas pelo módulo Bluetooth. Assim constatou-se a emissão e recepção dos pacotes de informação, justificando as ligações físicas a serem realizadas.




Figura 13: Osciloscópio identificando a passagem dos bits de sinal.


4.2 Funcionamento do Módulo Bluetooth

Após o reconhecimento das ligações a serem conectadas entre o módulo Bluetooth e o PIC16F887 é necessário a realização de alguns testes envolvendo o módulo Bluetooth, a fim de entender seu funcionamento.

Para que seja possível o êxito nesta etapa utiliza-se o software Realterm, que simula outro aparelho a se conectar ao módulo Bluetooth. Para que o Software entenda os comandos enviados é imprescindível a utilização dos comandos SPP AT, listados no anexo A, referente ao módulo Bluetooth. O mesmo responderá com os mesmos comandos em forma de mensagens de status.

A comunicação simulada por um microcomputador através da porta de comunicação serial só é possível utilizando o circuito MAX232, conforme Figura 11.

Após a montagem do circuito, ou seja, a parte física do projeto, inicia-se o teste com a utilização do Software Realterm configurando a freqüência de trabalho do programa, que deve ser a mesma contida no módulo Bluetooth para que haja o enlace e seja possível comunicar-se.


Figura 14: Ciclo completo de acionamento simulado.

4.3 Simulação do Circuito

Após a realização de todos os testes necessários para averiguação e entendimento do funcionamento de cada componente principal integrante do sistema Bluetooth, inicia-se a simulação via software a fim de observar a interação entre os componentes.

Neste caso, utiliza-se o programa computacional Proteus, que contêm em sua simulação os principais componentes necessários para a concepção do projeto, exceto o módulo Bluetooth, representado por duas saídas comuns.



Figura 15: Software Proteus simulando o circuito.
Após a realização dos testes anteriormente abordados e, obtendo a constatação dos resultados esperados, inicia-se a montagem física do circuito.

Simulando antecipadamente o funcionamento do projeto obtém-se maior eficácia na concepção do mesmo, minimizando erros de montagem e evitando perda de tempo com montagens e desmontagens mal-sucedidas.



5 Conclusão

Após o início dos estudos verificou-se a viabilidade do equipamento proposto por se tratar de uma tecnologia aberta. Toda documentação necessária para compilação dos temas associados ao módulo de comunicação sem fio e o conjunto de programas do módulo são raras e em sua grande maioria escrita na língua inglesa, o que tornou esse desafio mais proveitoso por promover a necessidade do contato maior com a língua estrangeira.

Considera-se que todo o conhecimento adquirido para se conceber o equipamento final é de grande valia em nossas vidas profissionais, haja visto que os vários componentes desse equipamento final são modernos e abrem vasta gama de aplicação.

Na etapa de ensaio do projeto, com montagem do circuito e simulação em software, os resultados foram obtidos com sucesso, atingindo-se os objetivos previstos no planejamento. No que tange à tecnologia de comunicação sem fio, representada no contexto pelo módulo Bluetooth, comprovou-se a viabilidade da aplicação do sistema de acionamento de portas e portões residenciais, prediais, comerciais e outros.

Integrando o sistema a um condomínio, por exemplo, onde há diversas famílias residentes no local, tem-se grande economia relativa ao modo de controle de entrada e saída. Isto devido ao fato da necessidade de cada família possuir um controle para livre trânsito, em outras tecnologias. Entretanto, utilizando-se a tecnologia Bluetooth os gastos são reduzidos, não necessitando de equipamentos específicos para controle do dispositivo de automação podendo realizar esta tarefa de qualquer aparelho que possui tecnologia Bluetooth.

6 Referências Bibliográficas
[1] LAYTON, J. e FRANKLIN, C. Como funciona o Bluetooth. How Stuff Works, Los Angeles, Out. 2001. Disponível em: http://informatica.hsw.uol.com.br/Bluetooth.htm. Acesso em: 03 mar. 2010.

[2] ALECRIM, E. Tecnologia Bluetooth, publicado em 30/01/2008. Infowester, São Paulo, Jan. 2008. Disponível em: http://www.infowester.com/bluetooth.php. Acesso em: 17 mar. 2010.

[3] SENADOR DE SIQUEIRA, S. Bluetooth – Características, protocolos e funcionamento, Instituto de Computação – Universidade Estadual de Campinas, Fev. 2008. Disponível em: http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2006/T2/057642-T.pdf. Acesso em: 24 mar. 2010.

[4] DA SILVA, Davidson F. Sistema de Comunicação Bluetooth usando microcontrolador PIC, Fev. 2009. Disponível em: http://www.slideshare.net/davidsonfellipe/sistema-de-comunicao-bluetooth-usando-microcontrolado-pic. Acesso em: 19 abr. 2010.

[5] WISINTAINER, Miguel. SIMBAD Módulo Bluetooth para microcontrolador. Fev. 2009. Disponível em: http://www.basic4ever.com/bluetooth.shtml. Acesso em: 31 mai. 2010.
[6] SURE ELECTRONICS CO. LTDA (Nanjing, China). Módulo Bluetooth: catálogo. China. 2004-2008. Disponível em: http://tato.ind.br/files/GP-GC020.pdf. Acesso em: 10 mar.2010.

[7] SÁ, Maurício Cardoso de. Programação C para microcontroladores 8051. 1 ed. São Paulo: Érica, 2005.

__________________________________________________Anexos
Nas páginas que seguem são apresentadas as folhas de dados dos componentes utilizados no projeto.

O Anexo A mostra a folha de dados do principal componente do projeto, o módulo Bluetooth.

O Anexo B mostra a folha de dados do MAX 232 com suas especificações técnicas e circuitos de teste.

A folha de dados do micro controlador PIC16F887 e suas configurações poderão ser vista no Anexo C.



__________________________________________________Anexo A

Folha de dados do Módulo Bluetooth.




__________________________________________________Anexo B

Folha de Dados do transmissor/receptor de comunicação serial – MAX 232.


__________________________________________________Anexo C

Folha de Dados do microcontrolador PIC16F887.






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