Esquemático de software de end-nodes


 

 Esquemático de hardware de end-nodes

A seguir, para os inúmeros end-nodes que caracterizam os sensores do Smart Campus, foram desenhados esquemáticos de ligações simplificados das conexões referentes aos hardwares  disponíveis e necessários para cada sensor de aplicação. Tendo em vista que cada sensor acoplado ao end-node caracteriza ao menos uma aplicação, será abordado em um primeiro momento deste documento, cada sensor separadamente. Para as aplicações compostas de um ou mais sensor será abordado mais a frente.
 

 

Monitoramento de temperatura e umidade

O end-node que caracteriza o “Monitoramento de Temperatura e Umidade” é realizado através de dois diferentes sensores indicados: o sensor DHT11 (Figura 1) e o sensor DHT22 (Figura 2). Como características padrões e para entender a diferença entre os sensores para cada aplicação, é importante observar a tabela a seguir:

Figura 1 – Sensor de Temperatura e Umidade DHT11

Figura 2 – Sensor de Temperatura e Umidade DHT22

 

 

 DHT11DHT22
Tensão de Alimentação3V3 - 5V3V3 - 5V
Corrente Máxima2,5mA1,5mA
Faixa de Leitura (Umidade)20% - 80%0 - 100%
Precisão (Umidade)5%2%
Faixa de Leitura (Temperatura)0 - 50°C-40°C - 120°C
Precisão (Temperatura)+-2°C+. 0,5°C
Intervalo entre Medições1s2s

Tabela 1 – Comparação de características técnicas entre os sensores DHT11 e DHT22

 

De acordo com as características de projeto, pode-se utilizar de um ou outro sensor. O esquemático de ligação é o mesmo, visto que as pinagens serem também são as mesmas. Ambas as ligações estão descritas a seguir. Deve-se observar :

DHT11

O sensor DHT11, conforme descrito nas características acima, pode ser montado conforme a figura a seguir.

Figura a – End-node para medição de temperatura e umidade DHT11

 

DHT22

O sensor DHT22, conforme descrito nas características acima, pode ser montado conforme a figura a seguir.

Figura a – End-node para medição de temperatura e umidade DHT22

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensores e end-node está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • DHT
    • Pino 1 do DHT no conector I/Os pino 3V3 do end-node
    • Pino 2 do DHT no conector I/Os pino RB13 do end-node
    • Pino 4 do DHT no conector I/Os pino GND do end-node
  • Resistor pull-up
    • Pino 1 do resistor de 4k7 no conector I/Os pino 3V3 do end-node
    • Pino 2 do resistor de 4k7 no conector I/Os pino RB13 do end-node
  • Jumper
    • Pino 1 do jumper no conector I/Os pino GNDC do end-node
    • Pino 2 do jumper no coletor do transistor do end-node (vide Figura)

 

Sensor de Distância (Ultrassom)

O end-node que caracteriza a medição de distância possui um sensor de distância por ultrassom acoplado à placa.

Figura a – End-node para medição de distância por sensor de ultrassom

 

A caracterização do esquemático de ligação evidenciado na Figura abaixo pode ser caracterizado observando-se os parâmetros a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • Ultrassom
    • Pino 3 do ultrassom no conector I/Os pino RB12 do end-node
    • Pino 5 do ultrassom no conector I/Os pino RB14 do end-node
    • Pino 6 do ultrassom no conector I/Os pino 3V3 do end-node
    • Pino 7 do ultrassom no conector I/Os pino GNDC do end-node
  • Capacitor eletrolítico
    • Pino 1 do capacitor eletrolítico de bbF no conector I/Os pino 3V3 do end-node
    • Pino 2 do capacitor eletrolítico de bbF no conector I/Os pino GND do end-node

 

Monitoramento de Luminosidade

Para monitoramento de luminosidade, está acoplado junto ao end-node um sensor de luminosidade LDR conforme a Figura abaixo.

Figura a – End-node para medição luminosidade através de LDR

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensores e end-node está descrita a seguir:

 

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • Sensor NTC-10k
    • Pino 1 do NTC-10k no conector IO/s pino RB12 do end-node
    • Pino 2 do NTC-10k no conector IO/s pino GNDC do end-node
  • LDR
    • Pino 1 do LDR no conector IO/s pino RB13 do end-node
    • Pino 2 do LDR no conector IO/s pino GNDC do end-node
  • Resistores de pull-up
    • Pull-up 1
      • Pino 1 do resistor de 10k no conector I/Os pino 3V3 do end-node
      • Pino 2 do resistor de 10k no conector I/Os pino RB12 do end-node
    • Pull-up 2
      • Pino 1 do resistor de 10k no conector I/Os pino 3V3 do end-node
      • Pino 2 do resistor de 10k no conector I/Os pino RB13 do end-node
  • Programação MPLAB
    • Habibilitar ENVIA_AN12 e ENVIA_AN13, em app.h

 

Detecção de pulso (reed-swicth/Push button)

Dispositivos que acionam uma interrupção no software embarcado do end-node possuem caracterítcas semelhantes. No caso da Figura abaixo está caracterizado um reed-swith, que se trata de um push button acionado com a aproximação de um campo magnético. No caso do push button este acionamento é de caráter mecânico.

Figura a – End-node para medição vazão por reed-switch (por exemplo, hidrômetros)

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensore e end-node está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • Reed Switch / push buttonPush Button
    • Pino 1 do push button no conector I/Os pino INT0 do end-node
    • Pino 2 do push button no conector I/Os pino GNDC do end-node

 

Medição de Potência Elétrica Consumida

A determinação da corrente elétrica consumida por um dispositivo é mensurada através de um sensor de corrente ACS712 e esquematizado conforme a Figura abaixo.

Figura a – End-node para medição corrente elétrica consumida.

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensore e end-node está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • ACS712
    • Pino GND do ACS712 no conector IO/s pino GNDC do end-node
    • Pino OUT do ACS712 no conector IO/s pino RB12 do end-node
    • Pino VCC do ACS712 no conector IO/s pino 3V3 do end-node
  • Programação MPLAB
    • Descomentar a linha 58 do arquivo app.h:
  • Programação Node-RED

Função Parse MQTT json.data:
msg.payload = msg.payload.data;
return msg;

Decode:
Base64

Encode:
Hex

Função Calcular Corrente:
msg.payload = (parseInt(msg.payload.substr(2,4),16)/65139*3.3 - 3.3/2)/66;
return msg;

Função Calcular Bateria:
msg.payload = parseInt(msg.payload.substr(8,4),16)/1000;
return msg;

Função Contagem Regressiva:
var now = new Date();
var time_now = now.getTime();
if (typeof last_broker_time === 'undefined'){
last_broker_time = time_now;
}
if (msg.payload){
last_broker_time = time_now;
}
var difference_between_times = parseInt(((time_now - last_broker_time)/60000).toFixed(0),10);
msg.payload = difference_between_times;
return msg;

Tag de identificação por RFID

O end-node que caracteriza o “Tag de Identificação por RFID” é realizado através do sensor RDM630 (Figura x). Este sensor faz a leitura de tags RFID através de uma antena (125kHz) acoplada a ele que se comunica com o end-node via UART.

Figura a – End-node para controle por RFID

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensore e end-node está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • RMD6300
    • Alimentação 3v3 do RMD6300 no conector I/Os pino 3v3 do end-node
    • Pino 1 conector de 3 pinos do RMD6300 no conector I/Os pino INT0 do end-node
    • Pino 3 conector de 3 pinos do RMD6300 no conector I/Os pino GNDC do end-node
    • Pino 1 conector de 2 pinos do RMD6300 na Antena 1
    • Pino 2 conector de 2 pinos do RMD6300 na Antena 2

 

Tutorial utilização módulo leitor RFID 125kHz modelo RDM6300

 

Características:

  • Frequência: 125Khz
  • Velocidade de comunicação: 9600 baud TTL formato RS232
  • Tensão: 5VCC +/-5%
  • Corrente: 50mA
  • Alcance de leitura: Até 150mm (depende do cartão/chaveiro/etiqueta)
  • Tempo de decodificação: 100mS
  • Temperatura de trabalho: -10°C ~ +70ºC
  • Máxima umidade relativa: 0 ~ 95%
  • Dimensões: 38.5mm x 19mm x 9mm
    Comunicação
  • UART à 9600 baudrate
  • 8bit, 1 stop bit, e sem bit de verificação

 

Diagrama de ligação:

 

  • P1
    • Pino 1: Tx
    • Pino 2: Rx
    • Pino 3: —
    • Pino 4: GND
    • Pino 5: +5V(DC)
  • P2
    • Pino 1: Ant 1
    • Pino 2: Ant 2
  • P3
    • Pino 1: LED
    • Pino 2: +5v (DC)
    • Pino 3: GND

 

A ligação de VCC e GND pode ser feita em qualquer um dos terminais ou em ambos. P3 PIN1 LED é conectado no ânodo do LED.

 

Identificando o valor do cartão:

O cartão com padrão EM4100, possui um número único, conforme imagem:

 

Quando aproximado o cartão na antena, o módulo envia uma mensagem serial RS232 TTL em ASCII, dessa maneira:

 ASCII:
41008B30FC06 41008B30FC06 41008B30FC06 41008B30FC06

Hexa:
02 34 31 30 30 38 42 33 30 46 43 30 36 03 02 34 31 30 30 38 42 33 30 46 43 30 36 03 02 34 31 30 30 38 42 33 30 46 43 30 36 03 02 34 31 30 30 38 42 33 30 46 43 30 36 03

O valor do cartão no exemplo é: 41008B30FC em hexadecimal 34 31 30 30 38 42 33 30 46 43  

Os últimos 2 bytes da palavra 06 em ASCII e 30 36 e hexacedimal, é referente ao valor do checksum. O cálculo deste valor é feito da seguinte forma:

card number: 62E3086CED

Converte-se o valor do cartão para hexadecimal,

36H、32H、45H、33H、30H、38H、36H、43H、45H、44H

 

E então realiza-se operação de Ou Exclusivo

 

CHECKSUM: (62H) XOR (E3H) XOR (08H) XOR (6CH) XOR (EDH) = 08H

Operação pode ser feita com uma tabela em Excel:

 

=DECAHEX((BITXOR(HEXADEC(D8);HEXADEC(D9)));2)

 

Medição de Combustível Adulterado

A medição de combustível adulterado é realizada através de um sensor de condutividade, um sensor de temperatura um push button para a medição e transmissão dos dados e um display para exibição dos dados medidos online conforme descritos na Figura a seguir.

Figura a – End-node para medição de combustível adulerado

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensores e end-nodes está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • Condutividade
    • Pino 1 do sensor de condutividade no conector I/Os pino RB13 do end-node
    • Pino 2 do sensor de condutividade no conector I/Os pino GNDC do end-node
  • Temperatura
    • Pino 1 do sensor de temperatura no conector I/Os pino RB14 do end-node
    • Pino 2 do sensor de temperatura no conector I/Os pino GNDC do end-node
    • Resistor de pull-up 
      • Pino 1 do resistor de 10K no conector I/Os pino 3V3 do end-node
      • Pino 2 do resistor de 10K no conector I/Os pino RB13 do end-node
  • Push Button
    • Pino 1 do push button no conector I/Os pino INT0 do end-node
    • Pino 2 do push button no conector I/Os pino GNDC do end-node
  • Display oLED SPI
    • Pino 1 do oLED SPI no conector I/Os pino GNDC do end-node
    • Pino 2 do oLED SPI no conector I/Os pino 3V3 do end-node
    • Pino 3 do oLED SPI no conector I/Os pino SCL do end-node
    • Pino 4 do oLED SPI no conector I/Os pino SCA do end-node
    • Pino 5 do oLED SPI no pino RESET do RN2903
    • Pino 6 do oLED SPI no conector I/Os pino RB14 do end-node
    • Pino 7 do oLED SPI no conector I/Os pino GNDC do end-node

 

 

Sensor de presença

O sensor de presença utiliza um dispositivo denominado PIR – HC-SR501 e é possível programá-lo para detecção de movimentos. Para o sensor de presença, na figura abaixo, também foi adicionado um sensor de temperatura e umidade já descritos acima.

 

End-node para medição de sensor de presença

 

A caracterização do esquemático de ligação entre sensore e end-node está descrita a seguir:

  • Bateria
    • Positivo da bateria no conector BAT pino 1 do end-node
    • Negativo da bateria no conector BAT pino 2 do end-node
  • LDR
    • Pino 1 do LDR no conector IO/s pino RB12 do end-node
    • Pino 2 do LDR no conector IO/s pino GNDC do end-node
  • DHT
    • Pino 1 do DHT no conector I/Os pino 3V3 do capacitor C9
    • Pino 2 do DHT no conector I/Os pino RB13 do end-node
    • Pino 4 do DHT no conector I/Os pino GNDC do end-node
  • Resistores de pull-up
    • Pull-up 1
      • Pino 1 do resistor 1 de 4k7 no conector I/Os pino 3V3 do end-node
      • Pino 2 do resistor 1 de 4K7 no conector I/Os pino RB12 do end-node
    • Pull-up 2
      • Pino 1 do resistor 2 de 4K7 no conector I/Os pino 3V3 do end-node
      • Pino 2 do resistor 2 de 4k7 no conector I/Os pino RB13 do end-node
  • PIR-HC-SR501
    • Pino 1 do PIR-HC-SR501 no pino 3V3 do capacitor C9
    • Pino 2 do PIR-HC-SR501 no conector I/Os pino INT0 do end-node
    • Pino 3 do PIR-HC-SR501 no conector I/Os pino GND do end-node