UNIVERSIDAD UNIVERSIDADE E FEDERAL DO ESPÍRITO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE GRADUAÇÃO
SISTEMA SISTEMA INTEGRADO INTEGRADO DE ALARME ALARME RESIDENCIA RESIDENCIAL L
MARCELO SARTER STOCO
VITÓ VITÓRI RIA A – ES DEZEMR DEZEMRO O DE 2008 2008
MARCELO MARCELO SARTER SARTER STOCO
SISTEMA SISTEMA INTEGRADO INTEGRADO DE ALARME ALARME RESIDENCIA RESIDENCIAL L
Parte escrita do projeto de graduação do aluno Marcelo Sarter Stoco, apresentado ao departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
VITÓ VITÓRI RIA A – ES DEZEMB DEZEMBRO RO DE 2008 2008
MARCELO SARTER STOCO
SISTEMA SISTEMA INTEGRADO INTEGRADO DE ALARME ALARME RESIDENCIAL RESIDENCIAL
COMISSÃO EXAMINADORA:
________________________________________ Prof. Dr. José Denti Filho Orientador
________________________________________ Tatiane Policário Chagas, M. Sc. Examinador
_________________________________________ Prof. Marcelo Eduardo Vieira Segatto, Ph. D. Examinador
Vitória - ES, 12 de Dezembro de de 2008
“Aquele que conhece o inimigo e a si mesmo, ainda que enfrente cem batalhas, jamais correrá o perigo. Aquele que não conhece o inimigo, mas conhece a si mesmo, às vezes ganha, às vezes perde. Aquele que não conhece nem o inimigo nem a si mesmo está fadado ao fracasso e correrá perigo em todas as batalhas. ”
Sun Tzu, em A Arte da Guerra.
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DEDICATÓRIA
À Thaís, aos meus pais e irmão, aos meus amigos e a todos que me ajudaram e me apoiaram.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus, pois sem Ele nada posso e nada sou. À Thaís, pelo carinho, apoio e compreensão nas horas mais difíceis. Aos meus pais, por estarem sempre ao meu lado. Aos meus amigos, e em especial Ígor e Patrick, por terem me ajudado sempre que precisei precisei no decorrer decorrer do projeto. projeto. A todos que de alguma forma me ajudaram e acreditaram em mim.
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LISTA DE FIGURAS Figura 1: Topologia segundo os principais tipos de sensores. ............................................................. 8 Figura 2: Lalos de sensores utilizados. ................................................................ ...................................... 10 Figura 3: Modelo de sistema de alarme moderno......................................................................... ........... 11 Figura 4: Modelo de sistema de alarme moderno......................................................................... ........... 12 Figura 5: Sensor de Infravermelho Passivo. ................................................................ ............................. 13 Figura 6: Sensor de Infravermelho Ativo. ........................................................................ .......................... 14 Figura 7: Sensor Magnético com fio.. ........................................................................ ................................. 15 Figura 8: Sensor Magnético sem fio.......................................................................... .................................. 16 Figura 9: Demonstrativo de um sensor de Vibração.. ........................................................................ .... 17 Figura 10: Funcionamento de um sensor de Vibração.. ................................................................ ........ 18 Figura 11: Detector de Fumaça Fotoelétrico.. ................................................................ ........................... 19 Figura 12: Planta baixa da residência com pontos de instalação dos equipamentos.. .................19 Figura 13: Microcontrolador PIC16F877A.. ........................................................................ ........................ 21 Figura 14: Interface do sistema de alarme.. ........................................................................ ...................... 22 Figura 15: Esquema de detecção de rompimento de cabos. ................................................................ 23 Figura 16: Imagem da simulação do sistema.. ........................................................................ ................. 24 Figura 17: Fonte de Alimentação Utilizada . ........................................................................ ...................... 25 Figura 18: Placa de Circuito Impresso da central de alarme implementada. ................................... 26 Figura 19: Fonte de alimentação. ................................................................ ................................................. 27 Figura 20: Sistema completo. ........................................................................ ................................................ 27 Figura 21: Sensores utilizados no protótipo.....................................................................................27
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GLOSSÁRIO NA – Circuito Normalmente Normalmente aberto. Na ocorrência ocorrência de algum distúrbio, fecha-se um circuito elétrico. NF – Circuito Normalmente Normalmente fechado. Na ocorrência ocorrência de algum algum distúrbio, abre-se um circuito elétrico. ADSL - Assymmetric Digital Subscriber Line ou "Linha Digital Assimétrica para Assinante". Pull-Down – Dispositivo que define a tensão tensão em +5V, caso receba este este sinal na sua entrada e 0V, caso não receba r eceba entrada indefinida. Pull-Up – Dispositivo que define a tensão tensão em 0V, caso receba este este sinal na sua entrada e +5V, caso não receba entrada indefinida. DC – Direct Direct Courrent Courrent – Indita Inditativo tivo de corren corrente te contínua. contínua.
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SUMÁRIO 1. Introdução ..................................................................... .......................................................................................................................................... ...........................................................................8 ......8 2. Histórico ..................................................................... .......................................................................................................................................... ............................................................................10 .......10 3. Motivação………….…………………………………………………………………………………...….…… 11 4. Atualidade……………………………………………………….………………………………………...….... 12 5. Sensoreamento……………………………………………..………………………………………….…….... 14 5.1. Sensores de Infravermelho……………………………………………….………………………………... 14 5.2. Sensores Magnéticos…………………………………………………………….…………… Magnéticos…………………………………………………………….…………………………. ……………. 16 5.3. Sensores de Vibração………………………………………………………………………………….…... 17 5.4. Sensores de Incêndio…………………………………………………………………………… Incêndio…………………………………………………………………………………….... ……….... 18 6. Projeto de alarme residencial……………………………………………………………………………..... residencial……………………………………………………………………………..... 19 6.1. Simulação………………………………………………………………………………………………..….... 24 6.2. Fonte de alimentação………………………………………………………………………………….….... 25 6.3. Montagem e resultados práticos………..………………………………………………………………... 26 6.4. Custos…………………………………………………………………………………………….…………... 28 7. Conclusão............................................................................................................................................. 29 Apêndice: Programa de controle de Alarmes do Microcontrolador em C.………………………..….... 31 Referências Bibliográficas…………………………………………… Bibliográfica s………………………………………………………………………………..…….. …………………………………..…….. 36
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RESUMO Esse trabalho descreve o projeto, montagem e testes de sistema integrado de alarme residencial ou comercial, utilizando o microcontrolador PIC16F877A. Inicialmente, será abordada a evolução dos sisemas de alarmes, seu surgimento e desenvolvimento, ressaltando sua necessidade nos dias atuais, sua grande procura no mercado, a evolução sofrida por esses dispositivos, mostrando o que se pode fazer atualmente com as tecnologias existentes, dependendo de quanto se pode pagar por isso. Será abordado também o funcionamento básico dos principais sensores utilizados a nível residencial e comercial. Finalmente, será apresentado o projeto de um sistema integrado de alarme para uma residência específica, mostrando os tipos de sensores utilizados, localização dos mesmos, modo de funcionamento e dispositivos anti-violação do protótipo montado para essa aplicação, custos e outras opções a serem estudadas de acordo com as necessidades do cliente.
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1. Introd rodução Em uma socieda sociedade de que a cada cada dia tem mais mais medo medo de seus próprio próprioss membros e se enclausura em carros blindados, casas gradeadas, cercas elétricas e tantos outros ítens de segurança, faz-se imprescindível a utilização de sistemas cada vez mais sofirticados e funcionais de alarmes e segurança pessoal. Tendo em vista essa necessidade, este trabalho propõe um sistema de alarme de baixo custo, simples utilização, funcional, e pouco sujeito a falhas e detecções incorretas. É necessário levar em consideração os diferentes sinais de saída dos sensores sensores encontrados no mercado. A maioria é NA (normalmente aberto) ou NF (normalmente fechado). Assim sendo, a central precisa ter esses dois tipos de entradas, formando a topologia da figura 1.
Figura 1: Topologia segundo os principais tipos de sensores
Além disso, por por ser um sistema sistema integrado de alarme, alarme, deve incorporar incorporar vários tipos de alarme. Neste trabalho, são utilizados sensores de invasão, sensores de proximidade e sensores de incêndio, apresentados na figura 2. Estes dispositivos de detecção terão sua funcionalidade discutida mais à frente.
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Figura 2: Laços de sensores utilizados
Vale ressaltar que cada um dos laços citados deve conter entradas NA e NF. Além disso, é importante dizer que caso a saída do sensor seja uma Tensão de 5 V DC, ele pode ser conectado como um sensor NF. Durante o texto será levantado um breve histórico sobre a utilização dos sistemas de alarme, mostrando a motivação e a necessidade da utilização de sistemas mais sofisticados, chegando à atualidade, com os dispositivos de segurança modernos e o que se pode fazer, dependendo do grau de proteção desejado. Finalmente será mostrado o alvo desse projeto que consiste em um sistema específico para uma residência considerada de classe média, realizando todo o projeto de sensoreamento, a central de alarme propriamente dita, sua construção, funcionamento e custos. Por fim, será apresentada a conclusão do projeto realizado.
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2. Histórico Na pré-história, os seres humanos revezavam-se para cuidar dos aglomerados contra agentes que causavam danos à comunidade, estabelecendo-se estrategicamente de forma a proteger-se proteger-se de ataques de animais e de situações de risco. risco. Os chim chimpan panzés zés tam também bém poss possuem uem meca mecanis nismos mos ddee defesa defesa e vigilân vigilância cia para para alarmar suas comunidades em caso de perigo iminente. Portanto, os sinais de alarme no sentido de proteção ou defesa de grupos estão intimamente ligados à proteção das espécies. Algumas espécies de aves aquáticas, como o ganso, desenvolveram o hábito de estarem sempre alertas. Existe sempre um membro do grupo, que fica atento o tempo todo, e ao menor sinal de perigo dá o alarme. Já os sistemas de alarme atuais surgiram com pequenos sinos instalados nas portas, onde, caso alguém invadisse o ambiente, o sino geraria o alarme. Inicialmente como dispositivos meramente mecânicos, como simples armadilhas para pegar ladrões, esses sistemas evoluiram muito, até que em meados da década de 70, a Parks eletrônica conseguiu multiplexar um sinal de alarme para a linha telefônica, utilizando os dois sistemas simultâneamente, sem deixar a linha ocupada. Isso, que acabou sendo utilizado como o primeiro sistema de alarme dos bancos brasileiros, conectando diretamente às cetrais policiais, foi um dos primórdios do ADSL.
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3. Motiv tivaçã ação Devido ao grande aumento da violência no Brasil, hoje os sistemas de segurança eletrônica já não são uma exclusividade dos grandes edifícios comerciais. A tendência mostra que os sistemas de alarme e videovigilância começam a ser cada vez mais procurados por clientes residenciais, que, no ano de 2007, constituíram 40 por cento das vendas do negócio da segurança. O mercado de condomínios do estado de São Paulo movimentou no ano de 2006, cerca de R$ 1,93 bilhão com sistemas de segurança patrimonial. Já em 2007, as cerca de 7 mil companhias voltadas para segurança, entre revendedores e instaladores, monitoradores, distribuidores e fabricantes, detectaram um aumento de aproximadamente 12% nas vendas. De acordo com a Associação Brasileira de Empresas de Segurança Eletrônica (Abese), mais de 360 mil imóveis são monitorad moni torados os atual atualment mente e por sistemas sistemas eletrôn eletrônicos icos — câme câmeras, ras, aparelh aparelhos os de biometria (identifica o morador ou funcionário pela impressão digital, vós, íris, dentre outros), proteção perimetral, portas giratórias e blindagem. Porém, o mais procurado é o sistema de alarme monitorado, integrado às câmeras digitais. Esse produto já está em 7,5% dos condomínios do País. Para equipar um empreendimento nos dias de hoje, dependendo do projeto e da infra-estrutura local, os prédios têm de gastar de R$ 10 mil a R$ 100 mil. Devido a esse grande aumento e dependência dos sistemas integrados de alarme, os equipamentos atuais estão cada vez mais sofisticados, com mais funções e menos sujeitos a falhas e violações.
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4. Atualidade Hoje em dia existe uma grande variedade de sistemas de alarme no mercado, que se diferenciam pela sofisticação e preço. É possível optar por modelos m odelos simples que podem ser encontrados em hipermercados, ou por sistemas que oferecem monitoramento 24 horas, mais caros, oferecidos por empresas especializadas. A maioria dos alarmes existentes no mercado tem as seguintes funcionalidades:
Várias zonas programáveis;
Informação visual por Display;
Sirene auto-alimentada;
Possibilidade de ligação de Controles Remotos;
Comunicação telefônica;
Sistemas de anti-violação. Estes sistemas não são monitorados por empresas especializadas, e têm
um custo médio de R$ 500,00 (projeto básico). No caso da comunicação telefônica, alguns utilizam a rede de telefonia fixa existente (sem custo adicional), outros utilizam uma linha GSM dedicada, o que os torna imunes ao corte das linhas do telefone fixo, mas também os torna mais caros à medida em que representam um custo mensal ao cliente. Outros sistemas mais sofisticados, muito utilizados em condomínios residenciais, edifícios comerciais e bancos oferecem o sistema de câmeras, que tanto podem gravar um período de algumas horas em um computador local, como também podem enviar as imagens diretamente a uma central de monitoramento 24 horas. Algumas dessas centrais, além de ativar o policiamento local no caso de algum cinistro, também possuem veículos com seguranças armados prontos para atuar em caso de emergência. Neste caso, quanto maior o grau de segurança e sofisticação, maior será o valor pago mensalmente pelo serviço. Havendo ou não o monitoramento via câmeras, existe uma central de monitoramento (muito utilizado em pontos comerciais), que verifica o horário de
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trabalho normal do estabelecimento. estabelecimento. Caso haja a abertura abertura do local - mesmo por senha - fora do horário usual, sem o aviso prévio prévio do gerente ou dono, a polícia também será acionada. Esse tipo de serviço é utilizado para o caso de seqüestro. As figuras 3 e 4 ilustram a interface e modernidade das centrais de alarme atuais. Em muitos casos, a central propriamente dita fica em algum local bem escondido, somente a interface é instalada em local de fácil acesso.
Figura 3: Modelo de Sistema de alarme moderno.
Figura 4: Modelo de Sistema de alarme moderno.
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5. Sen enso sore ream amen ento to Os sensores mais utilizados atualmente em residências e estabelecimentos comerciais são:
Sensores Infravermelhos Ativos e Passivos;
Sensores Magnéticos;
Sensores de Impacto;
Sensores Capacitivos. Estes sensores detalhados a seguir.
5.1. 5.1.
Sens Sensor ores es de de Infr Infra aver vermelh melho o
O "sensor de movimento" na maioria das lâmpadas automáticas e sistemas de seguranç segurançaa é um sistema sistema passivo passivo que ddetect etectaa energia energia infraverm infravermelha. elha. Esses Esses
detectore oress PIR (infrav (infraverm ermelh elho o passivo passivo)) ou sensores são conhecidos como detect sensores piroelétricos (Figura 5). Para fabricar um sensor que possa detectar uma pessoa, é necessário fazer com que o sensor seja sensível à temperatura do corpo humano. Pessoas, que têm a temperatura da pele ao redor de 36°C, irradiam energia infravermelha infravermelha com comprimento comprimento de onda entre 9 e 10 micrômetros. Portanto, os sensores são normalmente sensíveis na faixa dos 8 a 12 micrometros. Os dispositivos são componentes componentes eletrônicos simples simples como um fotosensor. A luz infravermelha joga elétrons em um substrato e esses elétrons podem ser detectados e amplificados em um sinal. Essa fotosensor é sensível ao movimento, mas não a uma pessoa que fica parada. Isso acontece porque o pacote eletrônico preso ao sensor fica aguardando uma mudança rápida na quantidade de energia infravermelha que está enxergando. Quando uma pessoa caminha perto do sensor, a quantidade de energia
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infravermelha no campo de visão muda rapidamente e é facilmente detectada. Não é desejável que o sensor detecte alterações pequenas, como a calçada esfriando à noite. Estes são os sensores mais comuns e mais utilizados na proteção e monitoração de locais fechados.
Figura 5: Sensor de Infravermelho Passivo
Os sensores de Infravermelho Ativos , ou sensores de ótica alinhada trabalham através da transmissão e recepção de luz infravermelha. Eles são muito utilizado em portas, janelas, sobre muros, etc.. Existe um transmissor e um receptor, que são colocados à distância e alinhados. Assim, se alguém ou alguma coisa atravessar o feixe de Infravermelho, o receptor detecta a falha no sinal e dispara o alarme. Esse sensor é ilustrado na figura 6.
Figura 6: Sensor de Infravermelho Ativo
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5.2. 5.2.
Sens Sensor ores es Magn Magnét étic ico os
Esses sensores são formados por duas partes distintas. Uma dessas partes é um imã e a outra é uma chave mecânica acoplada a uma mola. Quando o imã (que está preso na porta) se afasta da chave, a mola fecha um circuito elétrico que acionará a central de alarme. Alguns desses sensores dispoem fios na saída para conexão em centrais de alarme (figura 7), e outros já têm uma bateria e uma sirene internas (figura 8), o que os tornam muito baratos, práticos, de fácil instalação e funcionais.
Figura 7: Sensor Magnético com fio.
Figura 8: Sensor Magnético sem fio.
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5.3.
Sensores de de Vi Vibração
Esse tipo de sensor é normalmente utilizado em portas e janelas. Caso alguém a faça vibrar ao tentar adentrar no recinto, ele abrirá um circuito que acionará a central de alarme (figura 9 e 10).
Figura 9: Demonstrativo de um sensor de Vibração.
Figura 10: Funcionamento de um sensor de Vibração.
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5.4.
Sensores de de In Incêndio
Existem no mercado vários tipos de detectores de incêncio. in cêncio. Alguns detectam o fogo, outros detectam a fumaça. Os mais comuns para a detecção da fumaça são os Fotoelétricos, como mostrado na figura 11. Seu princípio de funcionamento baseia-se em um feixe de luz emitido a um receptor. Quando a fumaça entra na câmara de detecção, ela obstrui a luz enviada e ativa o sinal de alarme, que normalmente, é um relé Normalmente Aberto ou Normalmente Fechado, dependendo do fabricante.
Figura 11: Detector de Fumaça Fotoelétrico.
Outro tipo de detector é o Termovelocimétrico, que detecta a velocidade em que a temperatura aumenta. Um elemento pneumático reage diante de variações rápidas de temperaturas de aproximadamente 8ºC / Minuto. Quando isso ocorre, o ar contido no diafragma d iafragma se expande rapidamente dentro da câmara selada, e escapa através de uma abertura calibrada. O aumento da pressão comprime o diafragma, fazendo com que os contatos elétricos se toquem para fechar o circuito. Assim, esses detectores também são do tipo Normalmente Aberto ou Normalmente Fechado. Existem ainda alguns detectores de fumaça radioativos, que são pouco usados devido ao alto custo, dificuldade de descarte e riscos no manuseio.
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6. Projeto de Alarme residencial Este projeto foi concebido para ser utilizado em um apartamento residencial cuja planta está mostrada na figura 12. Para este sistema de alarme foram utilizados os seguintes sensores:
Sensor de Infravermelho Passivo Representado pelo círculo Vermelho. Será utilizado um no Hall de entrada
apontado diretamente para a porta;
Sensor de Infravermelho Ativo Representado pelo círculo Rosa. Será utilizado um na janela do banheiro e
outro na sacada;
Sensor Magnético Representado pelo círculo Amarelo. Será utilizado na porta de entrada, na
porta da sacada e em cada janela;
Sensor de Vibração Representado pelo círculo Verde –na porta de entrada;
Sensor de fumaça Ótico Representado pelo círculo Azul. Será utilizado um na cozinha e outro na sala
de jantar (atende (atende a toda a área comum); comum);
Central de alarme Representado pelo círculo preto. Deverá estar localizado em local protegido
(sugerido no escritório, na área de circulação ou no dormitório de casal);
Chave de acionamento Representado pelo círculo cinza. Será utilizada uma na porta de Entrada e
outra no escritório (área de circulação), próxima à Central de Alarme,, ligados em paralelo.
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Figura 12: Planta arquitetônica da residência com pontos de instalação dos equipamentos.
Os sensores Magnéticos poderão ser substituídos por Sensores de Infravermelho Ativos, caso seja da vontade do cliente, ou ainda serem retirados a fim de possibilitar que as janelas permaneçam p ermaneçam abertas durante a noite. A primeira opção o pção gera um acréscimo no valor total do sistema, e a segunda aumenta a vulnerabilidade do mesmo. Serão utilizadas duas duas chaves – uma para o lado externo e outra para para o lado interno da residência, conectadas em paralelo. Também, de acordo com o grau de sofisticação e custo solicitados pelo cliente, estas chaves podem ser substituídas por senhas, controle remoto, cartão magnético, dentre outras formas de identificação. Os sensores de fumaça foram instalados na cozinha e na sala de jantar, pois são os locais que oferecem maior risco de incêndio, além de também detectarem a fumaça proveniente do restante da residência. A central de alarme deve ficar em local protegido de intrusos, poeira, água, calor, vibração, e longe de portas e janelas. Neste projeto, ela foi alocada no escritório da área de circulação (preferencialmente dentro do móvel), mas pode ser colocada em outros lugares, como o dormitório de casal, por exempo.
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Para a implementação desse protótipo foram adquiridos o sensor de vibração, o sensor magnético e o de Infravermelho Passivo. O microcontrolador PIC16F877A, da Microchip, com 40 pinos (33 pinos de entrada e saída), ilustrado na figura 13 foi utilizado para implementar a central de alarme.
Figura 13: Microcontrolador PIC16F877A.
O algoritmo foi implementado em linguagem C e está mostrado no Apêndice A. O sistema está dividido nos seguintes subsistemas:
a) Interface: A inteface é composta dos seguites ítens:
3 botões botões de contro controle; le;
2 Chaves Liga / Desliga;
4 Led’s Vermelhos, que indicam sistema ativado;
4 Led’s Verdes, que indicam sistema desativado.
Pela chave, o usuário aciona ou desaciona o sistema, o que será mostrado pelos dois primeiros Led’s. Com o sistema desativado pela chave, o usuário pode então ligar os subsistemas separadamente pelos botões (Alarme de invasão, Alarme de proximidade, e Alarme de Incêndio). Na figura 14 é ilustrada essa interface.
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Figura 14: Interface do sistema de alarme.
Ao ativar o sistema, ele aguarda um tempo para que a pessoa saia do recinto, e só então é acionado efetivamente, o que pode ser confirnado por um aviso sonoro. Ao desativá-lo, é dado um outro aviso sonoro para avisar ao usuário de que o sistema está efetivamente desativado.
b) Sens Sensor orea eame ment nto: o: Os sensores de invasão utilizados no projeto são os sensores de Infravermelho Ativos e Passivos e sensores magnéticos, que podem ser ligados em série ou em paralelo, como mostrado na figura 1, dependendo do tipo de sensor utilizado (NA ou NF). Da mesma forma, o sensor de proximidade utilizado é o sensor de vibração, e a detecção de incêncio é felita por um sensor ótico de fumaça. Cada uma dessas detecções (Invasão, proximidade e incêndio) é feita por um laço específico, como mostrado na figura 2. Quando o sistema se encontra desativado, os sensores permanecem ligados, porém os sinais enviados por eles são ignorados pela central como alarmes.
c) Alarmes No caso de atuação dos sensores de proximidade, a providência da central será ativar o simulador de presença, que consiste em um conjunto de relés que são
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ativados aleatóriamente a fim de persuadir um eventual invasor, tentando convencêlo de que existem pessoas em casa. Esses relés podem ser ligados a lâmpadas, rádios ou TV’s, por exemplo, a fim de simular um morador. Para os alarmes de Invasão e incêndio, as providências são: Acender as lâmpadas conectadas ao simulador de presença e acionar o sistema de alarme sonoro. Os alarmes sonoros (sirenes) possuem dispositivos anti-violação, que consistem em detectar o rompimento de um dos cabos de alguma dessas sirenes, o que será compreendido pela central como uma invasão, conforme esquemático da figura 15.
Figura 15: Esquema de detecção de rompimento de cabos.
Como pode ser visto na figura 15, em situação normal (com a sirene desativada), a mesma estará ligada a uma tensão de 5 V. O sinal coletado na região marcada em vermelho será de aproximadamente 0 V, visto que a impedância da sirene é muito menor do que o resistor de 2,2MΩ conectado à fonte de 5 V. Assim, a sirene acaba funcionando como um resistor de “Pull-Down”. Caso algum dos cabos de uma das sirenes seja rompido, ela, obviamente, será perdida, mas o sinal de 5 V coletado no círculo em vermelho será enviado à central que ativará as outras sirenes e a iluminação.
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6.1.
Simulação
A simulação foi feita utilizando o software “PROTEUS”, de acordo com a figura 16:
Figura 16: Imagem da simulação do sistema.
Nesta simulação, os sensores foram substituidos por chaves NA, pois esses sensores não estão disponíveis nesse software. Além disso, as sirenes também foram substituídas por led’s pelo mesmo motivo. O Clock utilizado foi o Clock (RC), gerando uma frequência de 400 kHz, sem a necessidade de cristal externo.
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6.2.
Fonte de de Al Alimentação
Uma parte escencial de qualquer sistema de alarme é uma boa fonte de alimentação, que não coloque em risco a funcionalidade do mesmo. Neste trabalho, foi utilizada a fonte de alimentação, com carregador de bateria flutuante, e bateria selada de Chumbo-ácido, 12 V, 1.3 Ah, como mostrado na figura 17.
Figura 17: Fonte de alimentação utilizada.
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6.3. 6.3. Mont Montag agem em e res resul ulta tado doss prát prátic icos os Após a fase de projetos apresentada nos ítens anteriores, foi montada a placa de circuito impresso referente ao protótipo do sistema descrito. Temos na figura 18 a fotografia da placa do projeto final, contendo a interface, microcontrolador m icrocontrolador e relés de saída das lâmpadas (representadas aqui por led’s) e das sirenes.
Figura 18: Placa de circuito impresso da central de alarme implementada.
Os testes consistiram na coleta dos principais dados referentes ao funcionamento do sistema no que diz respeito à eficácia, detecção de alarmes, redução de alarmes falsos e testes no dispositivo anti-violação. A fonte de alimentação implementada está mostrada na figura 19, onde podem ser vistos o transformador 127-12 V, 400mA, a bateria, e demais componentes eletrônicos.
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Figura 19: Fonte de alimentação
Na figura 20 e 21, pode-se ver o sistema completo montado com central de alarme, fonte de alimentação e bateria, além dos sensores utilizados.
Figura 20: Sistema completo
Figura 21: Sensores utilizados no protótipo
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6.4.
Custos
O custo desse tipo de alarme é relativamente baixo pela sua simplicidade e praticidade (sem telas de LCD, e sem sensores e interface sofisticados). O próprio microcontrolador utilizado poderia ser bem mais simples, visto que apenas 15% de sua memória interna foi utilizada e restaram ainda muios pinos inutilizados, o que possibilita muitas melhorias ao sistema, como inclusão de display de cristal liquido, comunicação telefônica, dentre outros. Seguem abaixo os custos dos principais ítens í tens relativos ao projeto:
Microcontrolador ------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- R$ 25,00
Bateria ------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------- R$ 42,00
Relés ----------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- R$ 13,00
Sirenes ----------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------- R$ 20,00
Transformador ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------- R$ 20,00
Sensor Infravermelho Passivo --------------------------------------------------------------- ------------------------------- R$ 40,00
Sensores Infravermelho Ativos ------------------------------------------------------------- ----------------------------- R$ 200,00
Sensores de fumaça --------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------- R$ 180,00
Sensores Magnéticos------------------------------Magnéticos--------------------------------------------------------------------------------------- R$ 20,00
Sensor Vibração ------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- R$ 15,00
Outros -------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------- R$ 125,00 TOTAL APROXIMADO (incluindo outros ítens) ------------------------- R$ 700,00 Este valor poderia ser bastante reduzido ao se utilizar produção em massa
desses equipamentos, e compra dos sensores em grandes quantidades.
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7. Conclusão Nesse trabalho foram apresentados o projeto e a montagem de um sistema integrado de alarme residencial com simulador de presença. A idéia inicial seria de um sistema de alarme de baixo custo, robusto e prático. Os pontos fracos aparentes foram eliminados ou dificultados, com o sistema de detecção de corte de qualquer um dos cabos dos sensores e sirenes, e implementação de uma fonte de alimentação robusta e dotada de bateria contra falta de energia elétrica, que pode manter o sistema operando por vários dias. Este relatório mostrou como eram os sistemas de alarmes antigos, e como evoluiram até os modernos alarmes residencias. Vimos que a necessidade de casas mais seguras e protegidas acabou obrigando as pessoas a utlilizarem utlili zarem esses tipos de dispositivos. Foram mostrados também os diferentes conceitos que se podem ter quando se fala de sistema de alarme residencial, no que se refere à sofisticação, segurança e custo. O projeto implementado tenta obter um meio termo entre segurança e custo. Certamente, muitas melhorias melhorias ainda poderiam poderiam ser feitas caso houvesse mais tempo habil e mais recursos. Poderia-se, por exemplo, utilizar formas diferenciadas de acionamento e desacionamento do sistema, desde senhas, e cartões magnéticos até identificação de impressões digitais, íris e vóz. Outros sensores também poderiam ser utilizados ou em maior quantidade, a fim de se garantir ainda mais a confiabilidade do sistema. Também poderiam ser utilizados sensores sem fio, utilizando comunicação via Rádio-frequência, o que não foi utilizado neste caso, por reduzir a praticidade do conjunto à medida que o usuário deveria se preocupar constantemente com a carga das baterias. Uma sujestão para trabalhos futuros é de se utilizar sensores sem fio, com baterias recarregáveis por energia solar. Cada um teria sua célula solar de aproximadamente 2 cm de comprimento que carregaria a bateria interna durante o dia, e essa carga duraria vários dias.
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Idéias não faltam e a indústria da segurança eletrônica ainda tem muito a crescer, basta para isso, que os equipemantos fiquem mais confiáveis e mais práticos no que diz respeito à instalação e utilização, reduzindo o seu custo. Por fim, neste trabalho foi verificada e confirmada a funcionalidade e praticidade desse sistema, além da robustez oferecida por ele para uma aplicação real funcional e de baixo custo.
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Apêndice: Programa de controle de Alarmes do microcontrolador em C. /* C0 - LED VERDE LIGA LIGA C1 - LED VERMELH VERMELHO O LIGA C2 - LED VERDE VERDE ALARME ALARME INVASAO C3 - LED VERMELHO VERMELHO ALARME ALARME INVASAO C4 - LED VERDE VERDE ALARME PROXIMIDADE PROXIMIDADE C5 - LED VERMELHO VERMELHO ALARME ALARME PROXIMIDADE PROXIMIDADE C6 - LED VERDE VERDE ALARME INCENDIO INCENDIO C7 - LED VERMELHO VERMELHO ALARME ALARME INCENDIO E0 - BOTÃO ALARME INVASAO INVASAO E1 - BOTÃO ALARME ALARME PROXIMIDADE PROXIMIDADE E2 - BOTÃO ALARME INCENDIO INCENDIO A0 A1 - ALARME DE DE INVASÃO (ENTRADA) (ENTRADA) A2 - ALARME DE PROXIMIDA PROXIMIDADE DE (ENTRADA) (ENTRADA) A3 - ALARME DE DE INCÊNDIO (ENTRAD (ENTRADA) A) A5 - CHAVE DE DE HABILITAÇÃO HABILITAÇÃO B0 B0 - B7 D0 - ACIONA EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO SIMULADOR SIMULADOR DE PRESENÇA D1 - ACIONA EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO SIMULADOR SIMULADOR DE PRESENÇA D2 - ACIONA EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO SIMULADOR SIMULADOR DE PRESENÇA D3 - ACIONA EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO SIMULADOR SIMULADOR DE PRESENÇA D4 - TESTA SIRENE 1 D5 - TESTA SIRENE 2 D6 - TESTA SIRENE 3 D7 – SIRENES SIRENES */ #INCLUDE <16F877A.H> #USE DELAY(CLOCK=400000) //400KHZ #FUSES NOWDT,NOPUT,BROWNOUT,LVP,RC,NOPROTECT INT VD1=0; INT VD2=0; INT VD3=0; LONG A=0; INT TEMPO=100; LONG TEMPO2=1000; INT ACTIVE_1=0; INT ACTIVE_2=0; INT ACTIVE_3=0; INT CHAVE=0; //INDICA QUE A CHAVE ESTÁ CONECTADA INT ACTIVE_1_TEMP=0; INT ACTIVE_2_TEMP=0; INT ACTIVE_3_TEMP=0; VOID TESTA_ACIONAMENTO(VOID); VOID ATUALIZA_INTERFACE(VOID); VOID DISPARA_INVASAO(VOID); VOID DISPARA_PROXIMIDADE(VOID);
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VOID DISPARA_INCENDIO(VOID); VOID INICIALIZA_INTERFACE(VOID); VOID VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(VOID); DELAY_MS(TEMPO2); VOID MAIN(VOID) { INICIALIZA_INTERFACE(); WHILE(TRUE) { TESTA_ACIONAMENTO(); ATUALIZA_INTERFACE(); DISPARA_INVASAO(); DISPARA_PROXIMIDADE(); DISPARA_INCENDIO(); } } VOID INICIALIZA_INTERFACE(VOID) { OUTPUT_LOW(PIN_C0); OUTPUT_HIGH(PIN_C1); OUTPUT_HIGH(PIN_C2); OUTPUT_LOW(PIN_C3); OUTPUT_HIGH(PIN_C4); OUTPUT_LOW(PIN_C5); OUTPUT_HIGH(PIN_C6); OUTPUT_LOW(PIN_C7); OUTPUT_LOW(PIN_D0); OUTPUT_LOW(PIN_D1); OUTPUT_LOW(PIN_D2); OUTPUT_LOW(PIN_D3); } VOID TESTA_ACIONAMENTO(VOID) { //--------------------------------IF(INPUT(PIN_A5)==1) //DESARMA SISTEMA PELA CHAVE DIRETAMENTE { IF (CHAVE==0) { ACTIVE_1=0; ACTIVE_2=0; ACTIVE_3=0; OUTPUT_HIGH(PIN_D7); DELAY_MS(TEMPO2); //PISCA SIRENE 1X OUTPUT_LOW(PIN_D7); } OUTPUT_LOW(PIN_C1); OUTPUT_HIGH(PIN_C0); CHAVE=1;
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} ELSE //REARMA SISTEMA PELA CHAVE DIRETAMENTE { IF(CHAVE==1) //ESPERA UM TEMPO PARA REARMAR AUTOMATICAMENTE { FOR (A=0;A<60;A++) { DELAY_MS(TEMPO2); IF(INPUT(PIN_A5)==0 && (A==59)) //REARMA CASO NAO TENHA CHAVE { ACTIVE_1=ACTIVE_1_TEMP; ACTIVE_2=ACTIVE_2_TEMP; //RETORNA AO MODO ANTERIOR ACTIVE_3=ACTIVE_3_TEMP; OUTPUT_HIGH(PIN_C1); OUTPUT_LOW(PIN_C0); CHAVE=0; OUTPUT_HIGH(PIN_D7); DELAY_MS(TEM DELAY_MS(TEMPO2); PO2); //PISCA SIRENE 2X OUTPUT_LOW(PIN_D7); DELAY_MS(TEMPO2); OUTPUT_HIGH(PIN_D7); DELAY_MS(TEMPO2); OUTPUT_LOW(PIN_D7); } IF(INPUT(PIN_A5)==1) //DESARMA ANTES DE TERMINAR A CONTAGEM DE TEMPO PARA REARMAR { A=59; } } } OUTPUT_HIGH(PIN_C1); OUTPUT_LOW(PIN_C0); } //--------------------------------- } VOID ATUALIZA_INTERFACE(VOID) { //---------------------------------//INTERFACE: IF(INPUT(PIN_A5 IF(INPUT(PIN_A5)==1) )==1) //SE DESABILITADO DESABILITADO... ... { IF(ACTIVE_1_TEMP==1 && INPUT(PIN_E0)==1) {OUTPUT_LOW(PIN_C3); ACTIVE_1_TEMP=0; OUTPUT_HIGH(PIN_C2); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}} IF(ACTIVE_1_TEMP==0 && INPUT(PIN_E0)==1) {OUTPUT_HIGH(PIN_C3); ACTIVE_1_TEMP=1; OUTPUT_LOW(PIN_C2); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}} IF(ACTIVE_2_ IF(ACTIVE_2_TEMP== TEMP==11 && INPUT(PIN_E1)== INPUT(PIN_E1)==1) 1) {OUTPUT_LOW( {OUTPUT_LOW(PIN_C5 PIN_C5); ); ACTIVE_2_TEMP= ACTIVE_2_TEMP=0; 0; OUTPUT_HIGH(PIN_C4); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}} IF(ACTIVE_2_TEMP==0 && INPUT(PIN_E1)==1) {OUTPUT_HIGH(PIN_C5); ACTIVE_2_TEMP=1; OUTPUT_LOW(PIN_C4); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}}
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IF(ACTIVE_3_ IF(ACTIVE_3_TEMP== TEMP==11 && INPUT(PIN_E2)== INPUT(PIN_E2)==1) 1) {OUTPUT_LOW( {OUTPUT_LOW(PIN_C7 PIN_C7); ); ACTIVE_3_TEMP= ACTIVE_3_TEMP=0; 0; OUTPUT_HIGH(PIN_C6); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}} IF(ACTIVE_3_TEMP==0 && INPUT(PIN_E2)==1) {OUTPUT_HIGH(PIN_C7); ACTIVE_3_TEMP=1; OUTPUT_LOW(PIN_C6); FOR (A=0;A<3;A++) {DELAY_MS(TEMPO2);}} } //--------------------------------- } VOID DISPARA_INVASAO(VOID) { //---------------------------------//ACIONA ALARME DE INVASAO: IF((INPUT(PIN_D IF((INPUT(PIN_D6)==1 6)==1 || INPUT(PIN_D5)==1 INPUT(PIN_D5)==1 || INPUT(PIN_D4)==1 INPUT(PIN_D4)==1 || INPUT(PIN_A1)= INPUT(PIN_A1)==1) =1) && ACTIVE_1==1) //DISPARA ALARME DE INVASAO { VD1=1; OUTPUT_HIGH(PIN_D7); OUTPUT_HIGH(PIN_D0); OUTPUT_HIGH(PIN_D1); OUTPUT_HIGH(PIN_D2); OUTPUT_HIGH(PIN_D3); FOR (A=0;A<60;A++) { DELAY_MS(TEMPO2); //ESPERA X SEGUNDOS IF(INPUT(PIN_A5)==1) { A=60; } } OUTPUT_LOW(PIN_D7); OUTPUT_LOW(PIN_D0); OUTPUT_LOW(PIN_D1); OUTPUT_LOW(PIN_D2); OUTPUT_LOW(PIN_D3); DELAY_MS(TEMPO2); A=0; VD2=0; } //--------------------------------- } VOID DISPARA_INCENDIO(VOID) { //---------------------------------//ACIONA ALARME DE INCENDIO: IF(INPUT(PIN_A3)==1 && ACTIVE_3==1) //DISPARA ALARME DE INCENDIO { VD3=1; OUTPUT_HIGH(PIN_D7); OUTPUT_HIGH(PIN_D0); OUTPUT_HIGH(PIN_D1); OUTPUT_HIGH(PIN_D2); OUTPUT_HIGH(PIN_D3); FOR (A=0;A<60;A++) { DELAY_MS(TEMPO2); //ESPERA X SEGUNDOS
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IF(INPUT(PIN_A5)==1) { A=60; } } OUTPUT_LOW(PIN_D7); OUTPUT_LOW(PIN_D0); OUTPUT_LOW(PIN_D1); OUTPUT_LOW(PIN_D2); OUTPUT_LOW(PIN_D3); DELAY_MS(TEMPO); A=0; VD2=0; } //--------------------------------- } VOID DISPARA_PROXIMIDADE(VOID) { //--------------------------------- //ACIONA ALARME DE PROXIMIDADE: IF(INPUT(PIN_A2)==1 && ACTIVE_2==1) //DISPARA ALARME DE PROXIMIDADE { VD2=1; OUTPUT_HIGH(PIN_D0); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); IF (VD2==1) { OUTPUT_HIGH(PIN_D1); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_LOW(PIN_D0); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_HIGH(PIN_D2); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_LOW(PIN_D1); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_HIGH(PIN_D3); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_LOW(PIN_D2); VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(); } IF (VD2==1) { OUTPUT_LOW(PIN_D3); DELAY_MS(TEMPO2); } } //--------------------------------- } VOID VERIFICACAO_GERAL_E_TEMPO(VOID) { FOR (A=0;A<100;A++) { DELAY_MS(TEMPO); //ESPERA X SEGUNDOS IF(INPUT(PIN_A5)==1) { VD2=0; A=100; OUTPUT_LOW(PIN_D0); OUTPUT_LOW(PIN_D1); OUTPUT_LOW(PIN_D2); OUTPUT_LOW(PIN_D3); } DISPARA_INVASAO(); DISPARA_INCENDIO(); }}
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3 MICROCHIP, MICROCHIP, PIC16f8 PIC16f87X 7X - 28/40 28/40-Pin -Pin 8-Bit 8-Bit CMOS FLASH FLASH Microc Microcontrol ontrollers. lers. Disponível
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f1diqk2w92h3ysyy.pdf> f1diqk2w92h3ysyy.pdf> acessado em 07 de Agosto de 2008. 2008.
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6 Ercegovac, Milos; Lang, Tomas; Moreno, Jaime H. Introdução aos Sistemas Digitais. 2000. Editora Bookman. ISBN 85-7307-698-4.
