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Centro Universitário Positivo UnicenP
Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas NCET Engenharia da Computação
Charles Rafael Stein Piancini
Sistema de Monitoramento de Temperatura Corporal
Curitiba 2005
2
Centro Universitário Positivo UnicenP
Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas NCET Engenharia da Computação
Charles Rafael Stein Piancini
Sistema de Monitoramento de Temperatura Corporal
Monografia apresentada à
disciplina de Projeto Final, como
requisito parcial à conclusão do Curso
de Engenharia da Computação.
Orientador: Prof. Alessandro Zimmer
Curitiba 2005
3
TERMO DE APROVAÇÃO
Charles Rafael Stein Piancini
Sistema de Monitoramento de Temperatura Corporal
Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia
da Computação do Centro Universitário Positivo, pela seguinte banca examinatória:
Prof. Alessandro Zimmer (orientador)
Prof. Jose Carlos da Cunha
Prof. Valfredo Pilla Junior
Curitiba, 07 de Novembro de 2005
4
Agradecimentos
Primeiramente agradeço a Deus, pois em todos os momentos que pensei em
fraquejar sempre tive amigos a quem recorrer, e estes nunca me faltaram com um
ombro amigo pra reclamar e rir das peças da vida.
Mas uma pessoa em especial foi capaz de me impulsionar do inicio ao fim desta
minha primeira grande jornada. Minha namorada e grande amiga, passou por maus
bocados ao meu lado, provas finas, trabalhos e outras aventuras que só quem já viveu
um curso de engenharia é capaz de descrever. Ao mesmo tempo que agradeço
gostaria de parabenizar esta grande mulher por também ter conseguido alcançar seus
objetivos, chegar ao final de um curso de graduação tão árduo. A ti dedico meu amor e
respeito, Paula Fonseca.
Agradeço a toda minha família pelo apoio e principalmente pela compreensão
que tiveram durante estes cinco anos, em especial aos meus irmãos Laércio e Ronize
e meus pais Derci e Ivaldir que me agüentam até os dias de hoje.
Também agradeço aos AMIGOS, todos eles. Desde os mais loucos até os
menos loucos. Ao professores que contribuíram com seus conhecimentos e amizades,
Cunha, Michosz, Valfredo, Zimmer e outros não menos importantes.
Obrigado a todos. Aos que por algum lapso de minha fraca memória não
estejam aqui mencionados, sintam-se lembrados.
i
Sumário
Sumário ................................................................................................................................... i
Lista de Figuras .................................................................................................................. iii
Lista de Tabelas.................................................................................................................. iv
Lista de Siglas...................................................................................................................... v
Lista de Símbolos............................................................................................................... vi
Resumo ................................................................................................................................ vii
Abstract................................................................................................................................ vii
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 1 1.1 Introdução ao tema do Projeto .............................................................................. 1 1.2 Motivação.................................................................................................................. 1 1.3 Situação do projeto no contexto geral em que está inserido ........................... 1 1.4 Metas a serem alcançadas .................................................................................... 1
2. DESCRIÇÃO ............................................................................................................... 3 3. ESTUDO TEÓRICO................................................................................................... 4
3.1 Hipertermia ............................................................................................................... 4 3.1.1 Causas ............................................................................................................... 4 3.1.2 Manifestações clinicas..................................................................................... 6
3.2 Sensor de Temperatura ......................................................................................... 7 3.2.1 Características .................................................................................................. 7 3.2.2 Aplicações ......................................................................................................... 8 3.2.3 Sensores integrados ........................................................................................ 8
3.3 Conversor ADC........................................................................................................ 8 3.4 Protocolo de comunicação................................................................................... 10
3.4.1 Acesso ao Meio sem Fio ............................................................................... 10 3.4.2 IEEE 802.11 .................................................................................................... 11
3.5 Microcontrolador 8051 (Philips) .......................................................................... 17 3.6 LCD (Liquid Display Cristal)................................................................................. 18 3.7 Amplificador Operacional ..................................................................................... 19 3.8 Radio Freqüência .................................................................................................. 20
3.8.1 Módulos híbridos ............................................................................................ 21 3.8.2 Transmissor (Telecontrolli) ........................................................................... 22 3.8.3 Receptor (Telecontrolli) ................................................................................. 22
4. ESPECICAÇÃO ........................................................................................................ 23 4.1 Especificação do Hardware ................................................................................. 23
4.1.1 Módulo remoto da enfermeira (MRE) ......................................................... 24 4.1.2 Módulo remoto da paciente (MRP) ............................................................. 25 4.1.3 Módulo remoto do microcomputador (MPC).............................................. 26
4.2 Especificação do Software................................................................................... 26 4.2.1 Diagramas de casos de uso ......................................................................... 27 4.2.2 Diagrama de classes ..................................................................................... 27 4.2.3 Diagrama de seqüência ................................................................................ 28 4.2.4 Modelo entidade relacionamento (MER) .................................................... 29
i
ii
4.2.5 Interface com o usuário (PC) ....................................................................... 30 4.3 Especificação do Firmware.................................................................................. 31 4.4 Cronograma............................................................................................................ 34 4.5 Custos do projeto .................................................................................................. 34
5. IMPLEMENTAÇÃO .................................................................................................. 36 5.1 Hardware ................................................................................................................ 36 5.2 Firmware ................................................................................................................. 37 5.3 Software .................................................................................................................. 38
6. RESULTADOS.......................................................................................................... 40 7. CONCLUSÃO ........................................................................................................... 42 8. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 43 9. ANEXO 1 (MÓDULO PACIENTE) ......................................................................... 44 10. ANEXO 2 (MÓDULO ENFERMEIRA)................................................................... 45 11. ANEXO 3 (MÓDULO PC) ....................................................................................... 46 12. ANEXO 4 (MÓDULO PACIENTE, SENSOR E FONTE DE ALIMENTAÇÃO ) 47 13. ANEXO 5 ARTIGO CIENTÍFICO........................................................................ 48 14. ANEXO 6 MANUAL TÉCNICO ........................................................................... 53 15. ANEXO 7 MANUAL DO USUÁRIO.................................................................... 60
ii
iii
Lista de Figuras
Figura 1 - Sistema de Monitoramento de Temperatura Corporal .........................................3 Figura 2 - Função do ADC...........................................................................................................9 Figura 3 - ADC0804......................................................................................................................9 Figura 4 - Rede Intra-Estruturada [1].......................................................................................11 Figura 5 - ac-hoc [1] ...................................................................................................................11 Figura 6 - Espaço entre quadros [1] ........................................................................................12 Figura 7 - Componentes do 802.11 [1]....................................................................................13 Figura 8 - Terminal escondido [1] ............................................................................................14 Figura 9 - Terminal exposto [1].................................................................................................14 Figura 10 - Modo RTS/CTS [1] .................................................................................................15 Figura 11 - Simulação de colisão entre RTS [3] ....................................................................16 Figura 12 - Comunicação CSMA/CA .......................................................................................16 Figura 13 - Pinos do 8051 [10] .................................................................................................18 Figura 14 - Layout módulo LCD ...............................................................................................18 Figura 15 - Estrutura interna de um AmpOp [9].....................................................................19 Figura 16 - Módulo Híbrido da Telecontrolli RT4-433,92MHz .............................................22 Figura 17 - Módulo Híbrido da Telecontrolli RR3-433,92MHz ............................................22 Figura 18 - Diagrama em blocos módulo enfermeira............................................................24 Figura 19 - Diagrama em blocos do módulo paciente ..........................................................25 Figura 20 - Módulo do microcomputador ................................................................................26 Figura 21 - Diagrama de casos de uso ...................................................................................27 Figura 22 - Diagrama de classes .............................................................................................28 Figura 23 - Diagrama de seqüência ........................................................................................29 Figura 24 - Modelo Relacional ..................................................................................................29 Figura 25 - Tela principal de gerenciamento ..........................................................................30 Figura 26 - Tela de cadastro de pacientes .............................................................................30 Figura 27 - Interrupções para módulos da enfermeira e paciente ......................................32 Figura 28 - Interrupção exrterna_0 e programa principal módulo enfermeira ..................33 Figura 29 - Erro(°C) x Temeperatura(°C) [11]........................................................................36 Figura 30 - Protocolo de hand shake ......................................................................................37 Figura 31 - Formato do protocolo............................................................................................38 Figura 32 - Tela principal ...........................................................................................................39 Figura 33 - Tela de criação de gráficos...................................................................................39 Figura 34 Módulo enfermeira ................................................................................................40 Figura 35 Módulo paciente, 13ª temperatura referenciada ..............................................41
iii
iv
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Pinos do módulo LCD .............................................................................................19 Tabela 2 - Faixas de Freqüências [14]....................................................................................21 Tabela 3 - Componentes utilizados no hardware ..................................................................23 Tabela 4 - Cronograma ..............................................................................................................34 Tabela 5 - Custos de desenvolvimento do projeto ................................................................35 Tabela 6 - Identificadores do protocolo ...................................................................................38
iv
v
Lista de Siglas
MRP Módulo Remoto-Paciente
MRE Módulo Remoto-Enfermeira
MPC Módulo PC
PC
Personal Computer
RF Radio Freqüência
LCD
Liquid Cristal Display
uC Microcontrolador
DIFS Distributed Inter Frame Space
SIFS Short Inter Frame Space
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
RTS Ready To Send
CTS
Clear To Send
ACK Acknowledgement
NAV Network Allocation Vector
AmpOp Amplificador Operacional
v
vi
Lista de Símbolos
Hz Hertz
µ - micro
m - mili
K Kilo
M Mega
Ohm
V Volt
A Ampére
bps
Bouds por segundo
vi
vii
Resumo
Esse projeto tem como foco detectar febres causadas por eventos não tóxicos
como, por exemplo, tumores cerebrais, insolação, infecções, mal convulsivo e
infecções tireoidianas. Tais eventos podem ser detectados através do
acompanhamento da temperatura corporal de um individuo.
Pensando-se nesse problema desenvolveu-se um sistema de monitoramento de
temperatura via rádio freqüência. O sistema é composto por 3 módulos: um é
responsável pela aquisição da temperatura, outro pelo monitoramento e outro pelo
armazenamento dos dados coletados.
Abstract
This project focus on detecting fevers caused by not toxic events, for example,
cerebral tumors, insolation, infections, badly convulsive and infections tireoidianas.
Such events can be detected through the accompaniment of the body temperature of
one individual.
Thinking about this problem a system of temperature monitoring was developed
using radio frequency. The system is composed of 3 modules: one is responsible for
the acquisition of the temperature, another one for the monitoring and another one for
the storage of the collected data.
vii
1
1. INTRODUÇÃO
1.1 Introdução ao tema do Projeto
A hipertermina é um distúrbio causado pelo aumento de temperatura corpórea.
Esse aumento pode causar um grande prejuízo ao cérebro e a outros órgãos do corpo
humano.
1.2 Motivação
A criação desse projeto originou-se pela necessidade do monitoramento constante
da temperatura corpórea. Diante dessa situação pensou-se na obtenção de um sistema
computacional que realize tal tarefa, pois é necessária uma intervenção imediata
quando ocorre o aumento de temperatura, devido aos prejuízos que isso pode trazer ao
ser humano.
1.3 Situação do projeto no contexto geral em que está inserido
Uma aplicação desse projeto é no auxílio para a tomada de uma ação preventiva
em um hospital. Assim uma enfermeira poderá monitorar vários pacientes ao mesmo
tempo.
1.4 Metas a serem alcançadas
Construir um sistema com alto grau de confiabilidade que possa amostrar a
temperatura do paciente de uma forma rápida e transmitir essas medidas via rádio (RF)
a um micro computador com uma base de dados, estas informações serão utilizadas
para um diagnóstico imediato e futuras análises na forma de gráficos e tabelas. Após o
sistema ter detectado mudanças significativas na temperatura o dispositivo acoplado ao
paciente emitirá um sinal sonoro alertando-o, já a pessoa responsável por este
paciente será informada no seu Módulo-Enfermeira.
2
A confiabilidade desse sistema será dada por uma inter relação entre os módulos
(protocolo de confirmação de recebimento de pacotes), se algum módulo ficar off-line o
sistema entrará em alerta e será necessário uma intervenção local deste módulo.
3
2. DESCRIÇÃO
O sistema é responsável por aquisicionar, interpretar e transmitir as temperaturas
amostradas via rádio freqüência utilizando um protocolo de comunicação de dados.
Este foi dividido em 3 módulos:
Módulo Remoto-Paciente: responsável pela aquisição, tratamento e
transmissão do dado amostrado, este é enviado ao Módulo Remoto-Enfermeira
somente quando solicitado. Existe também o envio de pacotes de temperaturas
de tamanhos variáveis para o Módulo PC. Este módulo possui um Display de
Cristal Liquido(LCD) onde é exibido a última temperatura amostrado pelo
sistema;
Módulo Remoto-Enfermeira: é utilizado para o monitoramento do paciente, sua
principal função é solicitar consultas de temperaturas amostradas no Módulo
Remoto-Paciente. Possui um Display LCD e 3 botões para navegação no
mesmo;
Módulo PC: é responsável pela recepção dos dados amostrados e
armazenamento numa base de dados. Composto por um IBM PC interligado
por um barramento serial a uma unidade de recepção e transmissão via RF.
A figura 1 ilustra o sistema.
Figura 1 - Sistema de Monitoramento de Temperatura Corporal
4
3. ESTUDO TEÓRICO
Neste capitulo apresenta-se alguns conceitos pesquisados e utilizados durante o
desenvolvimento deste projeto.
3.1 Hipertermia
Hipertermia é definida como sendo o aumento da temperatura corporal central
acima de 40°C, isto é, a variação de temperatura interna do corpo humano. (Adaptado
de [4]).
3.1.1 Causas
Causas Tóxicas: (extraído de [4])
Agentes anticolinérgicos;
Antihistamínicos;
Atropina e alcalóides relacionados;
Antidepressivos:
Inibidores da Monoamino oxidase (overdose e interações com
inibidores da recaptação da serotonina);
Antidepressivos tricíclicos;
Antipsicóticos:
Butirofenonas;
Lítio;
Loxapina;
Fenotiazínicos (principalmente flufenazina);
5
Drogas de abuso:
Anfetaminas e compostos relacionados;
Cocaína;
Fenciclidina;
Síndrome de abstinência:
Barbitúricos;
Benzodiazepínicos;
Etanol;
Toxinas naturais:
Espécies Lactrodectus;
Estricnina:
Hormônios tireóideos:
Tiroxina (T4);
Tri-iodo-tironina (T3);
Ruptores da fosforilação oxidativa:
Ioxinil;
Nitrofenóis e pentaclorofenol;
Salicilatos;
Causas não Tóxicas: (extraído de [4])
Tumores cerebrais;
Insolação;
6
Lesão cerebral hipóxica pode resultar em alteração da regulação térmica
Infecções (viral, bacteriana, ricketsiana, malária, etc);
Mal convulsivo (Status epilepticus);
Crise tireoidiana;
3.1.2 Manifestações clinicas
Verificada através da temperatura retal (temperatura oral e axilar não são
consideradas confiáveis). Clinicamente, o paciente pode apresentar sudorese profusa
devido a termorregulação ou, a pele pode estar seca devido a desidratação ou agentes
anticolinérgicos. (extraído de [4])
Hipertermia persistente resulta em várias e graves complicações agudas.
Hipovolemia, decorrente da sudorese e da vasodilatação, diminui o dédito cardíaco e
impede a termorregulação. Fadiga muscularocasiona hiperkalemia, mioglobinúria e
insuficiência renal aguda.
Lesão endotelial resulta em coagulopatia intravascular disseminada. Mas, o mais
importante é que a hipertermia persistente pode causar lesão cerebral aguda e
convulsões. Edema pulmonar não-cardiogênico (síndrome de angústia respiratória do
adulto) também pode ocorrer.
Morte é freqüentemente súbita e provavelmente resultante de arritmia cardíaca.
Inicialmente, os sinais e sintomas podem diferir de acordo com as drogas envolvidas.
Por exemplo, agentes anticolinérgicos estão geralmente associados com pele seca e
quente, enquanto agentes simpatomiméticos (anfetaminas, cocaína) mais
provavelmente resultem em palidez, pele úmida, tremores e convulsões. Várias
síndromes com hipertermia foram bem descritas:
(extraído de [4])
Hipertermia Maligna (HM)
Síndrome hereditária em que certos agentes
anestésicos causam contração generalizada de células musculares, resultando em
uma intensa produção de calor e acidose láctica aguda. São causas comuns:
Enflurano, Halotano, Isoflurano e Succinilcolina. (extraído de [4])
7
Síndrome Neuroléptica Maligna (SNM)
Síndrome caracterizada por confusão
mental, rigidez muscular, diaforese e hipertermia em pacientes recebendo potentes
drogas antipsicóticas. Pode ocorrer após uma dose inicial ou durante o tratamento
regular. Seu mecanismo parece estar relacionado com bloqueio de dopamina em
SNC. (extraído de [4])
Síndrome Serotoninérgica
Ocorre quando inibidores da recaptação da
serotonina (fluoxetina, paroxetina, venlafaxina, sertralina, triptofano,
dextrometorfano, meperidina) são administrados em pacientes que usam inibidores
da monoamino oxidase. Caracterizada por agitação, hiperatividade muscular e
hipertermia. (extraído de [4])
3.2 Sensor de Temperatura
São dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza
física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta
grandeza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia neutra, são
chamados transdutores. Os de operação indireta alteram suas propriedades, como a
resistência, a capacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais
ou menos proporcional. Todo sensor tem características próprias que vão definir onde
pode-se aplicá-los e como utilizá-los. Isso é importante para que possa-se tirar o
máximo das suas leituras de acordo com nível de precisão que necessita-se.
3.2.1 Características
Linearidade: é o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza
física. Quando maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estimulo, conferindo
mais precisão ao sistema. Os sensores não lineares são usados em faixas
limitadas, em que os desvios são aceitáveis, ou com adaptadores especiais que
corrigem o sinal.
Faixa de atenuação: é o intervalo de valores da grandeza em que pode ser
usado o sensor, sem destruição ou imprecisão da medida.
8
3.2.2 Aplicações
O controle de temperatura é necessário em processos industriais ou comerciais,
como a refrigeração de alimentos e compostos químicos, formos de fusão (produção de
metais e ligas, destilação fracionada (produção de bebidas e derivados de petróleo)),
usinas nucleares e aquecedores, refrigeradores domésticos, fornos elétricos,
microondas, freezers e geladeiras. Contudo, ainda temos uma importante aplicação em
áreas da medicina.
3.2.3 Sensores integrados
Existem circuitos integrados destinados a ser sensores de temperatura, como o
LM 35 da National Semiconductor que oferecem alta precisão, possibilitando não fazer
qualquer ajuste no sinal de saída do mesmo. Esta precisão se deve ao fato de utilizar
intrinsecamente em sua construção circuitos linearizados. Sua faixa de operação está
entre -55ºC a 155ºC aproximadamente. Estes sensores além de possuir tamanhos
muito reduzidos são extremamente lineares com fator de escala de 10mV /ºC.
Outro sensor pesquisado foi o TMP100 e TMP101 da TI
Texas Instuments que
possui saída I2C (Interface Campability
2 Wire) e endereçamento para uC, possui
excelente precisão e é extremamente linear. Mas seu uso foi inviabilizado, pois o uC
utilizado neste projeto foi o 8051 que não possui comunicação I2C.
Sendo assim a escolha do sensor baseou-se nos seguintes critérios: linearidade,
faixa de funcionamento, disponibilidade do sensor no mercado e compatibilidade com
o uC utilizado no projeto.
3.3 Conversor ADC
Depois que a temperatura do paciente estiver mensurada e linearizada é preciso
convertê-la para um sistema digital. Faz-se necessário a utilização de um conversor
analógico digital, que fará a conversão dos diversos níveis de tensão (sinal contínuo)
contidos no sinal para um formato binário (sinal digital) que será utilizado
posteriormente.
9
A figura 3.3.0 representa a conversão de uma temperatura (sinal qualquer) em
uma escala de bytes que será envia para um uC.
Figura 2 - Função do ADC
Figura 3 - ADC0804
O conversor analógico digital que será adotado neste projeto é o ADC0808 da
National Semiconductor (figura 3) que possui as características descritas a seguir:
8 entradas de sinal;
10
Seleção da entrada a ser convertida via endereço;
Definição de referência Negativa;
Definição de referência Positivo;
Sinais de comunicação com microcontroladores, como: Output Enable, End of
Conversion e Start.
3.4 Protocolo de comunicação
Conjunto de regras e convenções para troca de informações entre duas ou mais
entidades comunicantes.
Para que um módulo se comunique com o outro de forma que não haja perda de
informação é preciso elaborar um protocolo de comunicação. Como os pares de
transmissores e receptores trabalham na mesma freqüência, caso ocorram
transmissões simultâneas com certeza haverá perda de informação.
O protocolo desenvolvido é orientado a conexão, ou seja, apenas um dos pontos
da rede comunica-se num determinado instante (t). Nos próximos tópicos serão
ressaltados alguns conhecimentos básicos para elaboração deste projeto, assim como
algumas características de certos tipos de redes e protocolos utilizados para a
comunicação sem fio.
3.4.1 Acesso ao Meio sem Fio
O meio de transmissão via rádio possui diversas características que influenciam
na escolha de um protocolo de acesso ao meio adequado. Basicamente temos um
meio de transmissão único compartilhado entre diversas estações half-duplex,
caracterizado por um baixo delay de propagação em relação ao tempo de transmissão
de um pacote [1].
Diversos são os protocolos de acesso ao meio propostos na literatura, porém
podemos agrupá-los em 5 tipos, a saber:
11
Alocação Fixa;
Acesso Aleatório;
Reservas;
Interrogação;
Híbridos/Adaptativos.
O primeiro protocolo de acesso aleatório proposto para este meio foi o ALOHA,
implantado na universidade do Hawaii no início da década de 70. Ainda nesta década
foram realizados estudos quanto a protocolos deste tipo (acesso aleatório) num
ambiente de comunicação via rádio [1].
3.4.2 IEEE 802.11
Este foi o padrão proposto pelo IEEE para redes locais sem fio e baseia-se no
protocolo CSMA. Aqui menciona-se as principais características da camada MAC deste
padrão [1].
O padrão 802.11 opera em dois modos, infra-estruturado e ad-hoc. No modo
infra-estruturado temos regiões denominadas BSS (basic service set) que estão dentro
do alcance de uma estação rádio base denominada ponto de acesso (AP
Access
Point), e toda comunicação entre estações é feita através deste AP. O padrão prevê a
possibilidade dos APs se comunicarem através de uma rede cabeada, formando o
chamado sistema de distribuição (figura 4). No modo ad-hoc as estações comunicam-
se diretamente (figura 5), sem o intermédio de um AP [1].
Figura 4 - Rede Intra-Estruturada [1]
Figura 5 - ac-hoc [1]
O padrão proporciona dois tipos de serviço, assíncrono e time-bounded, através
de três métodos de acesso [1]:
12
DFWMAC-DCF básico utilizando CSMA/CA;
DFWMAC-DCF com extensão RTS/CTS;
DFWMAC-PCF com pooling
A operação do DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) é baseada no CSMA, onde cada estação escuta o meio durante um intervalo de tempo antes de iniciar uma transmissão. A duração deste intervalo de tempo determina a prioridade de acesso ao meio, e no 802.11 são especificados três parâmetros de prioridade , SIFS, PIFS e DIFS, conforme mostrado na figura 6. Esta prioridade não está relacionada à diferenciação, serve apenas como um tipo de controle do protocolo [1].
Figura 6 - Espaço entre quadros [1]
Dos três métodos acima relacionados, somente serão abordados os dois
primeiros DFWMAC-DCF básico utilizando CSMA/CA e DFWMAC-DCF com extensão
RTS/CTS.
No modo básico quando uma estação possui dados a transmitir ela escuta o meio
por pelo menos DIFS, quando então inicia a transmissão se o meio tiver permanecido
livre por este intervalo de tempo. Nesta situação se diferentes estações começarem a
escutar o meio em instantes bem próximos ocorrerá uma colisão, portanto foi
implementado um mecanismo de backoff, onde ao detectar uma colisão (pelo não
recebimento de um ACK após algum intervalo de tempo) a estação escolhe um número
aleatório uniformemente distribuído entre 1 e o tamanho corrente da janela de
contenção, que será justamente o tempo de backoff. O que ocorre então é que
passado DIFS sem que tenha havido uma transmissão a estação inicia a contagem
deste intervalo de tempo aleatório, transmitindo seu pacote após decorrido este tempo.
Caso uma transmissão seja detectada antes deste momento, a estação suspende a
contagem do tempo, espera o meio ficar livre durante DIFS novamente e continua do
ponto em que havia parado. A cada colisão a janela de contenção é dobrada até que
atinja um valor máximo. A figura 7 mostra os principais componentes deste protocolo
[1].
DIFS
espera media
contenção próximo quadro SIFS
PIFS
DIFS
13
Figura 7 - Componentes do 802.11 [1]
Quando uma estação precisa transmitir, assumem-se os seguintes passos a
seguir:
1) Escuta o meio até que ele permaneça livre durante DIFS, logo após isso
transmite o pacote e vai para o passo (2);
2) Aguarda um ACK que é enviado pelo receptor após SIFS (contando a partir do
fim do envio do pacote);
a) Caso não receba houve colisão. Dobra o valor da janela de contenção
atual (se permanecer abaixo da máxima) e vai para o passo (3);
b) Recebido o ACK se ainda existirem pacotes a serem transmitidos vai para
passo (3);
3) Escolhe aleatoriamente um valor de backoff dentro da janela de contenção
atual e continua escutando o meio;
a) Ao sentir o meio livre durante um intervalo de tempo igual a DIFS inicia (ou
continua) a contagem do tempo de backoff;
b) Se durante este backoff o meio é sentido ocupado pausa a contagem,
permanece escutando o canal e volta para passo (3-a);
c) Ao terminar o tempo de backoff transmite o pacote e vai para o passo (2)
[1].
DIFS
espera media
Janela de Backoff próximo quadro SIFS
PIFS
DIFS Janela de disputa
Fatia de tempo
Adiamento do Acesso
Incremento do Backoff, aguardado o meio ficar inativo
14
Com a utilização do CSMA/CA no modo básico alguns problemas inerentes ao
meio de transmissão são conhecidos, tais como terminais escondidos e expostos. No
caso de terminais escondidos temos que uma estação A está transmitindo para B,
porém C também deseja transmitir para B mas está fora do alcance de A, fazendo com
que C não saiba que uma transmissão já se encontra em andamento e transmita seu
pacote, ocasionando uma colisão em B (figura 8). Já o problema de terminais expostos
ocorre quando uma estação C deixa de transmitir para D por detectar portadora no
canal (B, dentro do alcance de C, está transmitindo para A), quando na realidade esta
transmissão poderia ter sido realizada sem que houvesse colisão (D está fora do
alcance de B, assim como A fora do alcance de C), causando a diminuição da
eficiência no acesso ao meio (figura 9) [1].
Figura 8 - Terminal escondido [1]
Figura 9 - Terminal exposto [1]
Com o objetivo de minimizar o efeito de terminais escondidos o padrão possibilita
a utilização de uma extensão RTS/CTS, onde o meio é reservado exclusivamente a
uma estação através da troca de mensagens de controle (RTS/CTS). Neste método de
acesso, uma estação que deseja transmitir envia um RTS (request to send) ao
receptor, informando neste pacote o tempo necessário até o recebimento do ACK
correspondente, tempo este que é escutado por todas as estações na área de alcance
15
do transmissor. O receptor, por sua vez, responde com um CTS (clear to send),
informando este mesmo tempo, agora escutado por todas as estações no alcance do
receptor. Ao final desta troca de RTS/CTS, todas as estações na área de alcance de
ambos os participantes desta negociação setam um NAV (network allocation vector) de
forma a só entrar em contenção pelo meio após decorrido este tempo, ou seja, durante
este intervalo de tempo (até o recebimento do ACK) o meio está reservado ao envio de
pacote do emissor que enviou o RTS. A figura 9 ilustra este procedimento, onde
colisões podem ocorrer apenas nos pacotes de RTS ou CTS [1].
Figura 10 - Modo RTS/CTS [1]
Na figura 10 é apresentado uma simulação que ilustra colisão no envio de um
RTS das estações 2 e 3, após um determinado tempo as estações detectam a perda
do pacote RTS e incrementam seus backOffs com um valor aleatório como indicado
acima, entretanto estas estão aguardando pelo tempo de backOff a estações 1 escutou
o canal por um tempo maior ou igual a DIFS, como não ouve transmissões porque 2 e
3 estão contando o backOff, 1 começa a transmitir um RTS e logo após o access point
transmite um CTS . As estações 2 e 3 detectam a transmissão de 1, e entram em
estado de NAV parando a contagem do backOff até que o access point transmita um
ACK ou SIFS seja esgotado.
ACK
dados
CTS
RTS
DIFS
SIFS SIFS
emissor
dados
DIFS
receptor
outras estações
SIFS
NAV (CTS)
NAV (RTS)
t
Adiamento do Acesso
disputa
16
Com o ACK transmitido pelo access point, a contagem do backOff continua, então
a estação 3 termina sua contagem antes da estação 2 e envia um RTS para transmitir
o seu frame.
Figura 11 - Simulação de colisão entre RTS [3]
A figura 12 ilustra um período de tempo de comunicação entre duas estações,
onde as outras estações estão em estado de NAV aguardando a liberação do canal.
Figura 12 - Comunicação CSMA/CA
17
3.5 Microcontrolador 8051 (Philips)
Neste tópico será descrita algumas funcionalidades do microcontrolador 8051 da
Philips Semiconductors, este será utilizado para o controle dos módulos do paciente e
enfermeira.
No MRE o 8051 está presente para realizar o gerenciamento do módulo e
interface com o usuário. O gerenciamento consiste em executar tarefas em tempos pré-
determinados e monitorar o canal serial deste módulo, já a interface com o usuário é
feita controlando um display LCD (descrição na próxima seção) e enviado dado a ele.
Outra interface é através de botões que acionam interrupções no uC, fazendo com que
seja gerado eventos visuais no LCD.
O MRP é similar ao MRE, mas não possui interação com botões. Características
técnicas quanto ao barramento, temporizadores e memórias são mencionadas a baixo.
Barramento interno e externo de 8bits;
Memória interna de programa de 64k registros com organização de 512x8;
Memória interna RAM(Random Access Memory) de 1k registros;
32 linhas de I/O(Input/Output) programáveis;
3 contadores/temporizadores de 16 bits;
UART full duplex(envia e recebe dados simultaneamente);
Clock externo de até 30MHz
A figura 13 menciona as características físicas e disposição dos pinos do
microcontrolador.
18
Figura 13 - Pinos do 8051 [10]
3.6 LCD (Liquid Display Cristal)
Em sistemas microprocessados é comum o uso de módulos LCD para interfaces
de saída. Estes módulos fazem uso de um controlador próprio, isto é, através de
poucos pinos de controle e um barramento de dados de 8 ou 4 bits é possível controlá-
lo, facilitando sua integração com módulos microprocessados.
A tabela 1 mostra a descrição dos pinos do módulo LCD com 2 linhas por 16
colunas e a figura 14 apresenta o layout do módulo LCD utilizado. Neste projeto será
utilizado dois módulos LCD, um no MP e outro no MRE.
Figura 14 - Layout módulo LCD
19
Tabela 1 - Pinos do módulo LCD
3.7 Amplificador Operacional
O amplificador operacional é um integrado, no interior do qual existem uma
quantidade bastante grande (mais de 30) componentes, envolvendo transistores,
diodos, etc. Uma visão simplificada do que existe no interior do operacional, segundo
uma divulgação da Texas Instruments , é apresentada a seguir [8].
Figura 15 - Estrutura interna de um AmpOp [9]
20
As características principais de um amplificador operacional ideal são:
Ganho de tensão infinito;
Resistência de entrada infinita;
Resistência de saída nula;
Largura de banda infinita;
Tensão de offset de entrada nula;
Slew rate infinito;
Deriva térmica nula
Na prática os AmpOp não são ideais mas sim reais, o que implica que aquelas
características são aproximadas. No entanto, considerar os AmpOps ideais simplifica o
estudo das suas aplicações.
3.8 Radio Freqüência
Muitos sistemas de comunicação fazem a transmissão dos dados utilizando fios
de cobre (como par trançado, cabo coaxial), ou fibra ótica. Outros, entretanto,
transmitem os dados pelo ar, como é o caso da transmissão por raios infravermelhos,
lasers, microondas e rádio. Cada uma destas técnicas é adequada em certas
aplicações, que podem ser empregadas em LAN s e WAN s.
Existem várias características importantes que devem ser levadas em conta
quando utilizado um sistema de transmissão e recepção via rádio, as quais são:
Custo dos equipamentos: Os equipamentos de radiodifusão ainda são caros e
complexos;
Níveis de potência do sinal na transmissão;
Utilização de técnicas analógicas de modulação e multiplexação;
21
Variedades de fontes de interferência e ruído;
Regulamentação pública: Os sistemas dependem da regulamentação pública
para a utilização do espectro de freqüências.
3.8.1 Módulos híbridos
Módulos Híbridos são circuitos completos do transmissor e do receptor já
montados com componentes SMD numa placa muito pequena, que pode ser encaixada
e soldada diretamente na placa principal. A montagem de Terminais Remotos,
sistemas de segurança sem fio, alarmes de carro e muitos outros equipamentos, ficam
sensivelmente facilitados com a utilização de módulos que operam na faixa de UHF.
Um dos maiores problemas do projeto e montagem de sistema sem fio está nas
etapas de alta freqüência, especificamente, do transmissor e do receptor. Para operar
em freqüências elevadas, evitar o congestionamento do espectro e ruídos, bem como
para atender as normas internacionais, caso o equipamento sejam industrializado, o
circuito se torna crítico, e eventualmente, de difícil implementação numa linha de
montagem.
Uma solução mais eficiente consiste no uso de módulos de transmissor e receptor
já prontos na forma de Módulos Híbridos . Como estes módulos são fabricados em
série por um processo muito preciso que inclui o ajuste de freqüência com uso do laser,
temos a garantia de que o sinal do receptor pode ser recebido pelo mesmo sem a
necessidade de ajustes.
A tabela 2 relaciona diferentes faixas de freqüência siglas pré-definidas
internacionalmente.
Tabela 2 - Faixas de Freqüências [14]
22
3.8.2 Transmissor (Telecontrolli)
Neste projeto será utilizado um desses módulos híbridos, do fabricante
Telecontrolli. Operam nas freqüências de 315,418, 418MHz e 433,92MHz, que são as
freqüências padronizadas internacionalmente para este tipo de aplicação. O módulo
escolhido foi o RT4 trabalhando a 433,92MHz podendo operar com tensões de 2 a 14
Volts com um consumo típico de 4mA e com uma taxa máxima de transmissão de
dados de 4800bps. Dependendo da topografia local, da existência de obstáculos e
outros fatores que possam influenciar na transmissão e recepção, é possível ter
alcance de 20 à 50 metros. A Figura 16 ilustra o módulo Transmissor utilizado.
Figura 16 - Módulo Híbrido da Telecontrolli RT4-433,92MHz
3.8.3 Receptor (Telecontrolli)
Para que o receptor possa entender os dados transmitidos pelo RT4 optou-se
pelo módulo receptor super regenerative RR3, trabalhando na mesma freqüência de
433,92MHz. A taxa máxima de recepção de dados deste módulo é de 2000bps, a qual
é menor que a taxa que o transmissor RT4 é capaz de transmitir, fato este que limita a
comunicação entre os módulos a 1200bps (taxa pré-definida em PCs, facilitando a
comunicação entre os módulos). A Figura 17 a ilustração do módulo receptor.
Figura 17 - Módulo Híbrido da Telecontrolli RR3-433,92MHz
23
4. ESPECICAÇÃO
Neste capítulo será apresentado diagramas e modelos de simulação separados
em forma de módulos, auxiliando no desenvolvimento e implementação do projeto.
Dividir o sistema em módulos facilita a etapa final do projeto que seria a parte de
manutenção e testes, também ajuda a solucionar problemas. Assim, neste capítulo
tem-se a especificação do hardware subdividida de acordo com as principais partes de
cada módulo do sistema, a especificação de software que também foi subdividida pelo
mesmo critério. Por fim, o estudo de viabilidade econômica de todo o sistema.
4.1 Especificação do Hardware
O hardware do sistema proposto foi dividido nos seguintes módulos: módulo
remoto da enfermeira (MRE), módulo remoto do paciente (MRP) e o módulo do
computador (MPC).
A tabela 3 lista os componentes utilizados no projeto dos módulos citados a cima.
Tabela 3 - Componentes utilizados no hardware
Componente Quantidade
Fabricante
Microprocessador da família 8051 (P89C51RD2)
2 Philips
Amplificador operacional OPA277 2 Texas Instruments
Conversor analógico digital ADC0808 1 National
Transmissor UHF RT4 (433,92MHz) 3 Telecontrolli
Receptor UHF RR3 (433,92MHZ) 3 Telecontrolli
Sensor de temperatura LM35 1 National
Módulo LCD 2 Desconhecido
Resistores em geral - -
Leds - -
Potenciômetros - -
Módulo conversor RS-232 (MAX232) 2 Texas Instruments
24
Utilizou-se do software de captura de esquemáticos Capture da OrCAD (versão
9.1 Release) e para as simulações dos blocos foi utilizado o Proteus da LabCenter
(versão 6.8 sp3)
4.1.1 Módulo remoto da enfermeira (MRE)
Este módulo é utilizado com monitor do sistema, tem como principal função fazer
pedidos de temperatura ao módulo do paciente e emitir um alerta quando existir algum
problema com este. O diagrama blocos (figura 18) representa o MRE e seu fluxo de
dados juntamente com os controles de suas partes.
interfaceserial
RS-232
trasmissorRT4
receptorRR3
TX
RX
display LCD
antena
dados e instruções LCD
controle do LCD
antena
botõesinterrupções
TX
RX
8051
Figura 18 - Diagrama em blocos módulo enfermeira
25
4.1.2 Módulo remoto da paciente (MRP)
Módulo de aquisição de dados, responsável por condicionar o sinal proveniente
do sensor de temperatura para uma etapa posterior. Nesta etapa faz-se a conversão do
sinal analógico para digital que logo é absorvido pelo microprocessador. Um display
LCD é utilizado para informar ao paciente sua temperatura atual.
Outra tarefa importante realizado pelo MRP é o envio de uma determinada
quantidade de amostras para o MPC. O diagrama blocos (figura 19) representa o MRP
e seu fluxo de dados juntamente com os controles de suas partes.
interfaceserial
RS-232
trasmissorRT4
receptorRR3
TX
RX
display LCD
antena
dados einstruções LCD
antena
TX
RX
conversorADC0808dados ADC
controle ADC
bufferAmpOp
ganho
sensor
sina
lam
plifi
cado
ganh
o de
corr
ente
con
dic
on
am
en
tod
o si
na
l
controle LCD
8051
Figura 19 - Diagrama em blocos do módulo paciente
26
4.1.3 Módulo remoto do microcomputador (MPC)
Este módulo é extremamente simples, constituído apenas por um transmissor
RT4 e um receptor RR3. Tem como função interligar o microcomputador aos módulos
remotos. A figura 20 apresenta o diagrama em blocos do MPC.
interfaceserial
MAX-232IBM PC
trasmissorRT4
receptorRR3
antena antena
TX
RX
Figura 20 - Módulo do microcomputador
4.2 Especificação do Software
Utilizou-se de softwares de desenvolvimento e simulação para esta etapa do
projeto, são eles:
Builder C/C++ versão 6.0 da Borland, para o desenvolvimento da aplicação no
microcomputador e banco de dados;
Keil (IDE MicroVision2) versão 7.10 da Keil Softwares, utilizado para
programação em C ANSI do protocolo de controla dos módulos;
RIDE IDE versão 6.4 da Raisonance, também utilizado para programação em C
ANSI dos módulos do sistema.
O software está dividido em duas partes distintas. O aplicativo de cadastro de
pacientes e enfermeiras desenvolvido com técnicas de engenharia de software
utilizando orientação de objetos, e não menos importante o firmware que realizara o
controle dos módulos e interface com o usuário no hardware.
27
4.2.1 Diagramas de casos de uso
A enfermeira ou o médico são os profissionais da área da saúde responsável pelo
tratamento ou monitoramento dos pacientes. Eles interage com o software através das
seguintes ações:
Cadastro de pacientes: este caso de uso permite ao médico/enfermeira registrar
em um banco de dados as informações do paciente.
Cadastro de Medido ou enfermeira: este caso de uso permite ao médico ou
enfermeira registrar em um banco de dados as suas próprias informações.
Solicita Histórico: neste caso de uso o médico ou a enfermeira realizam uma
busca por um gráfico onde consta amostras de temperaturas de um determinado
paciente.
Sistema de controle detemperatura
Enfermeira ou médico
Cad. de Pacientes
Cadastro de Médico
Solicita Histórico
consultas BD
«uses»
Figura 21 - Diagrama de casos de uso
4.2.2 Diagrama de classes
Neste tópico são apresentadas as classes que constituem o caso de uso
responsável pelo recebimento das temperaturas provenientes da porta serial e criação
de gráficos a partir do histórico dessas temperaturas.
28
A figura 22 mostra-nos uma classe central denominada cSistema. Esta será
responsável por controlar toda a funcionalidade do caso de uso.
+inserir() : void+deletar() : bool+pesquisar() : bool+getNome() : String+setNome(in nome : String) : void+getTelefone() : String+setTelefone(in telefone : String) : void
-Nome : String-Telefone : String
cMedico
+getNome() : String+setNome(in Nome : String) : void+getTemperatura() : float+setTemepratura(in Temperatura : float) : void+setID() : int+getID(in ID : int) : void+inserir() : void+deletar() : void+historico() : void
-Nome : String-Temperaturas : float-ID : int
cPaciente
+geraHistotico() : bool+montaGrafico()+atualizaData() : void+atualizaHora() : void
-munPacientes : String-data : float-hora : float-paciente : cPaciente-medicos : cMedico
cSistema
*
1
*
1
Figura 22 - Diagrama de classes
4.2.3 Diagrama de seqüência
Através dos diagramas de seqüência, pode-se definir a troca de mensagens entre
as classes e chamada de métodos. A figura 23 ilustra essa idéia.
29
Figura 23 - Diagrama de seqüência
4.2.4 Modelo entidade relacionamento (MER)
Enfermeira
PK IDEnfermeira
NomeTelefone
Paciente
PK IDPaciente
FK1 IDMedicoFK2 IDEnfermeira
NomeLocal
Historico
PK,FK1 IDPacientePK DataPK Hora
Temperatura
Medico
PK IDMedico
NomeTelefone
Figura 24 - Modelo Relacional
30
4.2.5 Interface com o usuário (PC)
Figura 25 - Tela principal de gerenciamento
Figura 26 - Tela de cadastro de pacientes
Neste tópico é demonstrado algumas janelas do aplicativo desenvolvido para
gerenciamento e acompanhamento dos pacientes, a figura 25 mostra a interface do
módulo PC, na figura 26 é apresentado uma tele para cadastro de pacientes, existe
31
também outras duas telas de cadastro que não são mencionadas, pois, tem a mesma
função da tela de cadastro de pacientes.
4.3 Especificação do Firmware
O firmware é um software dedicado exclusivamente a um hardware, isto é, tem
como função gerenciar os sistemas embarcados do hardware. O desenvolvimento é
todo no microcomputador, sendo descarregado para o microcontrolador após o termino
do seu desenvolvimento. O microcontrolador utilizado neste projeto foi descrito no
capitulo de estudo teórico (capitulo 3) o 8051 da Philips.
As figuras 27 e 28 idealizam o funcionamento do firmware dos módulos
enfermeira e paciente. Primeiramente são apresentadas as interrupções desse dois
módulos, elas são as mesmas para ambos os módulos, com uma única diferença, no
módulo do paciente na interrupção do timer_0 é adicionado uma função que faz a
leitura de uma temperara a cada evento de estouro de timer (overflow).
O fluxograma do firmware do paciente também é muito parecido com o firmware
da enfermeira, consiste em inicializar o display LCD e a interrupção do timer_0, as
interrupções externas são não são utilizadas, pois não há botões neste modulo. O loop
principal é o mesmo, mas ao invés de pedir uma temperatura, ele as envia.
32
Interrupção
Serial
Recebeu dados ?
Sim
Salva Byte nobuffer principal
Habilita canalserial
Desabilitacanal serial
Não
Interrupção doTimer_0
buffer principalé RTS | CTS | ACK |
PROTOCOLO ?
Pacote épara min?
Não
Sim
retorna paraprograma principal
contador_Timer_0 = 0
contador_Timer_0 == 10
Não
Executapacote
Sim
incrementacontador_Tmer_0
Não
retorna paraprograma principal
Interrupçãoexterna_1
botãoMENU_PRINCIPAL
?
Não
Sim
aponta para oproximo item do
MENU_PRINCIPAL
verifica qual botãofoi apertado
aponta para oproximo item do
SUB_MENU
aponta pra oprimeiro item do
SUB_MENU
atualiza LCD comMENU_PLINCIPAL
eSUB_MENU
SUB_MENU == NULO?
aponta pra oprimeiro item do
SUB_MENU
Sim
MENU_PRINCIPAL ==NULO?
aponta pra oprimeiro item do
MENU_PRINCIPAL
Sim
NãoNão
retorna paraprograma principal
retorna paraprograma principal
seta flagBOTÃO_PRECSSIONADO
seta flagEVENTO_PACOTE
Sim
Figura 27 - Interrupções para módulos da enfermeira e paciente
33
ProgramaPrincipal
Aguarda um tempopela resposta
Envia Solicitaçõade ID para Central
ID valido ?
Sim
ConfiguraSerial
ConfiguraInterrupções
externas
ConfiguraTimer_0
inicializa LCD
Não
loop infinito EVENTO_PACOTE?Sim
Sim
Interrupçãoexterna_0
Sim
Nãoretorna para
programa principal
BOTÃO_PRESSIONADO?
executa açãodo botão
Sim
Não
texto recebido?
dispara alarme
Não
Sim
imprime LCDconverte temperatura
pra texto
temperatura > limite
temperaturarecebida?
Não
Sim
Figura 28 - Interrupção exrterna_0 e programa principal módulo enfermeira
34
4.4 Cronograma
O cronograma esperado ao longo do desenvolvimento do projeto esta relacionado
na tabela 4. Como o decorrer do projeto foi-se deparando com alguns problemas de
planejamento e implementação, o que causou atrasos de dias e até semanas. Com isto
os de entrega foram ficando cada vez mais curtos, mas na medida do possível
cumpridos.
Tabela 4 - Cronograma
Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
Estudo teórico X
Pesquisa e compra do hardware
X
Estrutura do software e Hardware
X X
Des. do Sistema X X X X X
Integração do hardware e software.
X X X
Simulações e testes para calibragem do sistema.
X X
Finalização da documentação do projeto.
X
4.5 Custos do projeto
O projeto teve como custos os principais itens descritos na tabela 5. Outros itens
não foram citados por não apresentarem custos significativos ao projeto, esta tabela
demonstra que o fator de peso para o desenvolvimento do Sistema Hipertermia foram
os módulos de radio freqüência e os processadores.
35
Tabela 5 - Custos de desenvolvimento do projeto
Componentes e horas de desenvolvimento
Qtd
Preço
Unitário (R$) Total Unitário (RS)
Microprocessador da família 8051 (P89C51RD2) 2 60,00 120,00
Amplificador operacional OPA277 2 1,00 2,00
Conversor analógico digital ADC0808 1 20,00 20,00
Transmissor UHF RT4 (433,92MHz) 3 40,00 120,00
Receptor UHF RR3 (433,92MHZ) 3 40,00 120,00
Sensor de temperatura LM35 1 4,50 4,50
Módulo LCD 2 32,00 64,00
Placas padrão 2 11,00 22,00
Caixas plásticas 3 7,00 21,00
Baterias 5 9,00 45,00
Módulo conversor RS-232 (MAX232) 2 2,50 5,00
Horas de trabalho 350 9,00 3150,00
TOTAL de custos do projeto RS: 3693,50
36
5. IMPLEMENTAÇÃO
5.1 Hardware
O dispositivo sensitivo utilizado neste projeto foi o LM35 da National que possui
uma boa resolução e atende a faixa de temperatura desejada. A figura 29 representa a
largura de banda do sensor, como a faixa de operação para esta aplicação é de 25 a
45°C é possível obter uma boa linearidade.
Figura 29 - Erro(°C) x Temeperatura(°C) [11]
Por questões de facilidade e praticidade o método utilizado para extrair a
temperatura foi o axilar, apesar de não ser a forma mais indicada clinicamente.
No módulo do paciente o sinal proveniente do sensor é injetado num buffer
(seguidor de tenção com OPA277) para garantir o nível do sinal. O estágio posterior é o
de amplificação, onde o valor de entrada é multiplicado por aproximadamente 10
vezes. Com o sinal já condicionado é feita a conversão do análogo para o digital
(ACD0808) e envia-se para o microcontrolador. Neste ponto a temperatura que era um
sinal analógico passa a ser um dado de 8 bits que será transmitido para o modulo PC
após atingir um número X de amostras. Também é possível a realização de pesquisas
por parte do módulo da enfermeira. Este módulo possui um Display de Cristal Liquido
(LCD) onde é exibida a última temperatura amostrada pelo sistema.
O módulo da enfermeira é utilizado apenas para monitorar as condições do
paciente, fazendo pedidos via RF de acordo com a sua vontade. Internamente tem a
estrutura muito parecida com a do módulo do paciente, mas com uma diferença, não
possui a parte do sensor e conversor AD. No lugar disto apresenta-se 3 botões que são
37
responsáveis pela interface com a enfermeira, este módulo também possui um LCD
que apresenta menus e exibe temperaturas.
Já o módulo PC é composto simplesmente por um par de transmissor/receptor RF
e um barramento acoplado a um IBM-PC.
5.2 Firmware
Os pares de transmissores e receptores trabalham na mesma freqüência
(433,92MHz). Transmissões simultâneas são comuns de acontecerem e com certeza
haverá perda de informação, ou seja, apenas um dos pontos da rede pode comunicar-
se num determinado slot de tempo (t), garantindo assim a não interferência no sinal
recebido. Então foi construído um protocolo de acesso ao meio tomando como base o
padrão descrito pela IEEE 802.11. A figura 30 apresenta o formato do pacote de hand
shake, isto é, como os módulos vão estabelecer conexão uns com os outros antes de
transmitir qualquer dado.
Figura 30 - Protocolo de hand shake
Já a figura 31 descreve o formato do protoco para transferência de dados. Uma
string constante é adicionada no inicio e fim da cada tipo de pacote enviado, este
procedimento foi adotado para facilitar a percepção dos diferentes tipos de pacote pelo
microcontrolador, abaixo uma tabela contendo a característica de cada pacote (tabela
4).
rts ou cts ou
ack
origem
destino
fim 1 byte 1 byte ~~~~ ~~~~
String de inicio de hand shak (RTS e CTS) 3 byes;
Recebimento de protocolo(ACK) 3 bytes.
String de fim de hand shak (FIM) 3 byes.
38
Figura 31 - Formato do protocolo
Tabela 6 - Identificadores do protocolo Identificadores
função Função no destinatário
rts Indicar inicio de pacote RTS Retornar um CTS
cts Indicar início de pacote CTS Setar estado do sistema com CTS
ack Indicar início de pacote ACK Setar estado do sistema com ACK
pro Indicar início de pacote
PROTOCOLO Executar uma função do protocolo
fim Indicar fim de pacote nenhuma
5.3 Software
O software desenvolvido para esse projeto foi desenvolvido utilizando-se da
linguagem de programação C/C++ provida pela plataforma da Borland, o banco de
dados escolhido foi o PARADOX 7.0 também da Borland. Os métodos utilizados no seu
desenvolvimento foram, diagramas de classes, diagramas em bloco, diagrama de
casos de uso e modelo entidade relacionamento (MER).
A interface final é simples e intuitiva, pode ser feito cadastro de pacientes,
medicos e enfermeiras. Também é possível gerar e salvar gráficos com diferentes
intervalos de tempo. A figura 6 demonstra a tela principal da aplicação e a figura 7 a
tela de criação de gráficos.
origem destino tipo
1 byte 1 byte 1 byte 1 byte
tamanho dados
~ de 0 a 255 bytes ~ pro
3 bytes
fim
3 bytes
checksum
1 byte ~ ~ ~ ~ ~ ~
String de início do pacote
String de fim do pacote
39
Figura 32 - Tela principal
Figura 33 - Tela de criação de gráficos
40
6. RESULTADOS
Os módulos desenvolvidos apresentaram um bom desempenho, com exceção do
receptor RR3 do fabricante Telecontrolli, que quando testado no protoboard obteve o
funcionamento esperado. Ao integrá-lo com o resto no circuito não ofereceu o mesmo
rendimento, recebendo constantemente caracteres estranhos no seu terminal de saída.
Uma solução adotada foi a elaboração e substituição da placa padrão por outra
criada no software de captura de esquemáticos OrCad, foi utilizado um processo no
qual as trilhas do circuito foram dispostas em curvas.
A figura 34 mostra o módulo da enfermeira recebendo uma temperatura
proveniente do módulo do paciente, e a figura 35 apresenta no display LCD uma
temperatura amostrada, o número 13 entre parênteses indica a 13ª amostra
armazenada para transmissão ao módulo PC
Figura 34 Módulo enfermeira
41
Figura 35 Módulo paciente, 13ª temperatura referenciada
A velocidade de comunicação entre os módulos teve que ser diminuída para que
o sistema funcionasse plenamente, e mesmo assim o numero de perdas foi bastante
grande, mas graças ao protocolo e a adaptação do algoritmo CSMA foi possível deixar
todos os módulos comunicantes em todas as direções, mesmo que lento.
42
7. CONCLUSÃO
Foi possível chegar nos resultados esperados, contudo os módulos de RF
revelaram ser muito sensíveis. O sistema como um todo não foi devidamente testado
em situações reais, mas atingiu as metas esperadas para as simulações.
Como se trata de um protótipo fica claro a necessidade de melhorias na
comunicação e na velocidade da rede. Melhorar a qualidade do sensor, pois alem de
ter que ser linear o sensor precisa apresentar reprodutibilidade.
43
8. BIBLIOGRAFIA
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[2] WWW Prof, Dr Amine Berqia http://w3.ualg.pt/~bamine/Wi-Fi.ppt#9 Data de acesso: 11/08/2005
[3] WWW http://lerci.tagus.ist.utl.pt/applets.htm Data de Acesso: 10/08/2005
[4] (J. Henry) Informação fornecida por J. Henry (UK) DataBack http://www.intox.org/databank/documents/treat/treatp/trt17_p.htm
[5] TANENBAUN, Andrew S. Redes De Computadores . Rio de Janeiro. Campus. 1994
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[9] WWW
Texas Instruments, http://www.ti.com Data de acesso: 03/07/2005
[10] WWW
Philips Semiconductors, http://www.semiconductors.philips.com/ Data de acesso: 04/07/2005
[11] WWW
National, http://www.national.com/ Data de acesso: 12/06/2005
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[13] WWW
Telecontrolli. http://www.telecontrolli.com Data de acesso: 06/05/2005
[14] WWW Aero Tecnologia. http://www.aerotecnologia.com.br/ Data de acesso: 12/10/2005
[15] FOROUZAN, Behrouz A. Data communications and networking . Boston, Mass. McGraw-Hill , 2004
44
9. ANEXO 1 (MÓDULO PACIENTE)
45
10. ANEXO 2 (MÓDULO ENFERMEIRA)
46
11. ANEXO 3 (MÓDULO PC)
47
12. ANEXO 4 (MÓDULO PACIENTE, SENSOR E FONTE DE ALIMENTAÇÃO )
48
13. ANEXO 5
ARTIGO CIENTÍFICO
49
50
51
52
53
14. ANEXO 6
MANUAL TÉCNICO
54
55
56
57
58
59
60
15. ANEXO 7
MANUAL DO USUÁRIO
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