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_________________________________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
CLAUDIO DOS SANTOS DA CRUZ GUILHERME COSTA
SISTEMA DE SEGURANÇA MICROCONTROLADO EM CINTA JUGULAR
GARÇA 2016
____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
CLAUDIO DOS SANTOS DA CRUZ GUILHERME COSTA
SISTEMA DE SEGURANÇA MICROCONTROLADO EM CINTA JUGULAR
Trabalho de conclusão de curso, apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça-FATEC, como requisito para conclusão do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores: Data de Aprovação:__/__/__ _____________________________ Prof.
FATEC-Garça _____________________________ Prof.
FATEC-Garça _____________________________ Prof.
FATEC-Garça
GARÇA
2016
SISTEMA DE SEGURANÇA MICROCONTROLADO EM CINTA
JUGULAR
Claudio dos Santos da Cruz1
Guilherme Costa
Prof. Ms. Idelberto de Genova Bugatti2
1Alunos do curso de Tecnologia em Mecatronica Industrial-FATEC-Garça 2Docenteda Faculdade de Tecnologia de Garça-FATEC
RESUMO
Visando a segurança e a proteção do motociclista e com o objetivo de
diminuir a quantidade de acidentes, fatais ou incapacitantes, devido ao uso
incorreto do capacete foi desenvolvido o presente projeto, foi proposto e
desenvolvido um protótipo de uma trava eletrônica de capacete, o sistema
possui a capacidade de transmitir e receber sinais RF controlada por
microcontrolador. O sistema exige que o motociclista de a partida na moto
somente quando o capacete estiver travado. Quando em funcionamento, caso
ocorra falha ou o destravamento do capacete o sistema gera sinais de alerta
tanto sonoros (auditivos) quanto luminosos (visuais).
Palavras-chave:Motociclista, Capacete, Sinal RF, Microcontrolador,
Buzzer.
Abstract
Aiming at the safety and protection of the motorcyclist and in order to
reduce the number of accidents, fatal or incapacitating, due to the incorrect use
of the helmet was developed the present project, a prototype of an electronic
helmet lock was proposed and developed, the system Has the ability to transmit
and receive RF signals controlled by microcontroller. The system requires the
motorcyclist to start the bike only when the helmet is locked. When operating, in
case of failure or unlocking of the helmet, the system generates both audible
(auditory) and luminous (visual) warning signals.
Keywords: Motorcyclist, Helmet, RF Signal, Microcontroller, Buzzer.
4
1 INTRODUÇÃO
O presente projeto foi realizado como um trabalho de conclusão de
curso para o curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. A mecatrônica é
uma área da tecnologia que abrange as áreas da mecânica, eletrônica e
controle computacional, de forma integrada e sinérgica. Visando automatizar
processos para obter maior produtividade e maior qualidade, através da
produção de produtos mais uniformes. Como consequência aumentar a
qualidade de vida, conforto e segurança para o ser humano, não somente na
indústria ou na área de processos de produção.
Observando a conduta de motociclistas no trânsito e realizando
pesquisas na área constatou-se que por conveniência ou até mesmo por
excesso de calor alguns condutores de motocicletas deixam de afivelar a cinta
jugular presente nos capacetes de proteção, ato este que pode acabar
acarretando no agravamento de ferimentos cranianos em caso de acidentes,
pois se não afivelada corretamente, a cinta jugular, o capacete pode sair da
cabeça, deixando de cumprir sua função que é de proteger o crânio do
motociclista através da dissipação da energia do impacto, evitando que a
energia se concentre em apenas um ponto da cabeça, causando graves
consequências físicas ou mentais ao condutor de uma moto acidentada. Deixa,
também, de ser uma barreira mecânica entre o crânio e o local de impacto.
Outra função do capacete é o amortecimento do impacto, fazendo com que a
desaceleração da cabeça seja menor, diminuindo a intensidade do impacto
entre o cérebro e o crânio diminuindo o grau das sequelas e mortes.
A maior causa de traumas em acidentes envolvendo motociclistas, tanto
em choque entre veículos ou obstáculos estáticos quanto em quedas, está
relacionado ao uso incorreto deste item de segurança obrigatório para
motociclistas, traumas, estes, que podem ser de ordem incapacitante causando
invalidez. O uso incorreto do capacete pode gerar danos maiores, podendo até
mesmo causar a morte do motociclista. O anuário estatístico de 2014 do
seguro de Danos Pessoais Causados por Veículos Automotores de Vias
Terrestres (DPVAT) registrou o pagamento de 474.346 indenizações por
5
invalidez. Neste mesmo ano o DPVAT registrou o pagamento de 22.616
indenizações por morte envolvendo motociclistas.
Já em 2015 foi registrado o pagamento de 410.331 indenizações por
invalidez permanente e 19.614 indenizações por morte, envolvendo
motocicletas. A motocicleta foi o veículo com maior número de indenizações de
2015, apresentando 76% das indenizações mesmo representando apenas 27%
da frota nacional.
Portanto, com o objetivo de diminuir a quantidade de acidentes, fatais ou
incapacitantes, devido ao uso incorreto do capacete foi desenvolvido o
presente projeto.
Com os seguintes objetivos específicos:
Verificar a viabilidade da utilização da rádio frequência, quanto à
interferência devido ao motor de combustão interna do veículo, possível
gerador de ruídos;
Verificar a distância de utilização do sistema com a tensão
fornecida pela bateria;
Verificar a interferência durante um percurso:
A metodologia utilizada, para verificar se o protótipo atende aos objetivos
do projeto foi desenvolvido e realizado testes experimentais para validar o
equipamento desenvolvido.
Para a construção do protótipo foram utilizados dois microcontroladores
programados em linguagem C, utilizados na recepção do sinal da cinta jugular
do capacete.
Para a transmissão do sinal de estado de afivelamento da cinta jugular
foi utilizado um controle de transmissão por rádio frequência, atuando na faixa
de 433 MHz, geralmente utilizado para acionamento de alarmes e motores de
automatizadores de portão, porém pode atuar em qualquer sistema que aceite
o protocolo padrão 6P20B.
Um microcontrolador irá fazer a recepção do sinal, e nele será ligado um
receptor de rádio frequência, este receptor irá fazer à interpretação do sinal
recebido do capacete e transmitirá um pulso no segundo microcontrolador que
por sua vez libera a atuação no sistema de ignição da motocicleta por meio de
6
um relé, que estará ligado ao fio pós-chave, quando a motocicleta estiver
desligada. Quando em funcionamento o microcontrolador irá acionar um sinal
luminoso, instalado no painel da motocicleta, alertando-o para que afivele
corretamente a cinta jugular.
2 DESENVOLVIMENTO
No desenvolvimento do projeto foi necessária a realização de pesquisas
teóricas em relação à microcontroladores, pois sua utilização foi essencial na
construção do protótipo, também se fez necessário pesquisas em relação a
radiofrequência, parte importando do projeto e possíveis meios de interferência
em radiofrequência, que poderiam ser obstáculos para a comunicação dos
módulos, para ser feita uma análise e uma correção, caso necessário.
Em sua metodologia foi realizado a construção de um protótipo
utilizando-se dos componentes relacionados no referencial teórico, aliando,
também, a conhecimentos adquiridos no decorrer do curso.
2.1 Referencial teórico
Para ocorrer à realização do projeto foi necessário o aprofundamento
teórico para entender como é feita a comunicação de rádio frequência entre o
transmissor e receptor para não houver falhas na comunicação entre eles.
2.1.1 Microcontroladores
Microcontroladores são componentes responsáveis pelo processamento
de informações e podem possuir dois tipos de arquitetura interna, sendo elas a
arquitetura de Von Neuman e a arquitetura Harvard.
2.1.1.1 Arquiteturas
Na arquitetura de Von Neuman os dados provenientes das variáveis e o
programa a ser executado são armazenados em uma única unidade de
memória e possuem seu acesso realizado pelo mesmo barramento, porem
neste tipo de arquitetura o acesso do programa e dos dados podem entrar em
conflito, gerando um atraso na leitura e execução (GRIDLING; WEISS, 2007, p.
15). Os componentes deste tipo de arquitetura são constituídos por:
Memória;
7
Unidade central de processamento (CPU), que possui diversos
registradores;
Unidade aritmética e lógica (ALU);
Unidade de controle (UC);
Conforme figura 1.
Figura 1 - Arquitetura de Von Neuman.
Fonte -http://sistemasuniban.blogspot.com.br/ (2010).
Já na arquitetura Harvard, utiliza-se de duas memórias separadas para
dados e para o programa.
Este tipo de arquitetura surgiu devido à necessidade de uma maior
velocidade e desempenho dos microcontroladores. Executando a instrução em
apenas um ciclo de clock, gerando maior velocidade ao componente. Possui,
também, como uma de suas principais vantagens a capacidade de ler uma
instrução, ao mesmo tempo em que faz o acesso a um dado de memória, por
possuir barramentos separados para dados e programa.
A arquitetura Harvard possui a organização representada na figura 2.
Figura 2 - Arquitetura Harvard.
Fonte - http://sistemasuniban.blogspot.com.br/ (2010).
Outro tipo de arquitetura é a arquitetura Harvard modificada, que é
comumente utilizada nos microcontroladores PIC (Controlador de Interface
Programável) desenvolvido pela Microchip Technology. É uma variação da
8
arquitetura Harvard na qual a memória de programa pode ser utilizada como se
fosse memória de dados.
2.1.1.2 Principais Características Dos Microcontroladores
Características do PIC12F617 são:
- Memória do programa em flash (3,5KB);
- Velocidade da CPU de 5 MIPS;
- Memória RAM de 128 bytes;
- Temporizadores: 2 x 8-bit, 1 x 16 bits;
- Possui 1 comparador;
- Faixa de tensão operacional 2 a 5.5V;
- Possui 8 pinos;
Características do PIC16F1828 são:
- Memória do programa em flash (7KB);
- Velocidade da CPU de 8 MIPS;
- Memória RAM de 256 bytes;
- Memória EEPROM de 256 bytes;
- Temporizadores: 4 x 8-bit, 1 x 16 bits;
- Possui 2 comparadores;
- Faixa de tensão operacional 1.8V a 5.5V;
- Possui 20 pinos;
2.1.2 Radiofrequência
A onda de rádio, também conhecida como radiofrequência, é um tipo de
onda eletromagnética que é gerada a partir de uma corrente elétrica em alta
frequência em condutores. Compreendem uma faixa de frequência de 3KHz a
300GHz.
Para evitar interferências entre as diferentes utilizações da comunicação
por radiofrequência foram criadas faixas definidas para as diferentes
aplicações.
9
O limite de potência de utilização de tais ondas é de responsabilidade
dos órgãos regulamentadores de cada país, no Brasil fica a cargo da Agencia
Nacional de Telecomunicações (ANATEL).
Para a realização da modulação do sinal de radiofrequência para a
transmissão de informação são utilizados alguns tipos de modulação, entre
elas estão a modulação de frequência (FM) e a modulação de amplitude (AM),
para informações em formato analógico, e para informações no formato digital
possuímos entre elas a modulação em amplitude por chaveamento (ASK -
Amplitude Shift-Keying) e a modulação em frequência por chaveamento (FSK -
Frequency Shift-Keying).
A modulação de frequência (FM) ocorre por meio da variação dos ciclos
das oscilações de transmissão das ondas de rádio a partir de uma faixa de
frequência inicial, conhecida como frequência base ou portadora, mantendo
assim sua amplitude. Alterando a frequência de acordo com a informação
recebida em formato analógico. Este tipo de modulação possui como vantagem
sua baixa suscetibilidade a interferências.
A modulação de amplitude (AM) ocorre por meio da variação da
amplitude do ciclo da onda eletromagnética a partir de uma amplitude base,
conhecida também como portadora mantendo, assim, constante a frequência.
É um tipo de modulação sujeita a interferências e estática.
Na figura 3 é mostrado modulações analógicas:
Figura 3 - Modulação de sinais analógicos.
Fonte -http://www.newtoncbraga.com.br/ (2014).
10
A modulação em amplitude por chaveamento (ASK - Amplitude Shift-
Keying) funciona semelhantemente a modulação de amplitude de sinal
analógico, porem sua amplitude varia de acordo com o sinal digital.
A modulação em frequência por chaveamento (FSK - Frequency Shift-
Keying) funciona de uma forma semelhante à modulação em frequência,
alterando da frequência portadora de acordo com o sinal digital.
O receptor utilizado no projeto foi um receptor de 433MHz que possui
uma recepção de modulação em amplitude.
2.1.3 Interferências em rádio frequência
Existem dois tipos de interferência quando se trata da comunicação por
ondas de rádio, ou radiofrequência, a construtiva e a destrutiva.
Na interferência construtiva os picos da frequência de duas ondas
ocorrem ao mesmo tempo, aumentando assim os picos.
Já na interferência destrutiva os picos de frequência ocorrem em
momentos opostos, fazendo com que as ondas se cancelem.
Alguns exemplos de fontes geradoras de interferências são:
Relâmpagos, motores com escovas, dispositivos que geram
faísca, ignição de motores a combustão, entre outros.
2.2 METODOLOGIA
Depois de um período analisando a proposta da ideia de criar um
sistema de rádio frequência, optamos em realizar um protótipo que somente
quando fosse travada a cinta jugular do capacete o condutor conseguiria
realizar a partida da motocicleta. A partida será impossibilitada por um rele que
será colocado no fio que aciona o motor de partida quando acionada a chave.
Enquanto o condutor não realizar o travamento da cinta jugular um LED será
acionado intermitentemente até o condutor travá-la. Após o travamento este
mesmo LED apaga, com isto, mostrando que foi reconhecido o sinal do
transmissor do capacete e liberando a partida da motocicleta. Caso haja
alguma falha no sistema ou solte a trava do capacete o mesmo LED volta a
piscar, porém junto com o acionamento de um buzzer para o condutor
conseguir perceber que houve uma falha e travar novamente a cinta jugular e o
11
sistema voltar a funcionar normalmente.
Foi feita então uma pesquisa para desenvolver e entender melhor a
teoria envolvida para a concretização do projeto. A pesquisa se focou em dois
pontos, no funcionamento dos transmissores e receptores de rádio frequência e
suas interferências.
O circuito responsável pela transmissão do sinal foi um controle de
alarme residencial de 433 Mhz, representado na figura 4, com protocolo de
frequência 6P20B, foi desenvolvido uma placa de circuito impresso para o
controle da transmissão do sinal de rádio frequência.
Figura 4 – Controle.
Fonte - http://www.cialsistemas.com.br/controle-remoto-transmissor-fit-433-
92mhz-ecp.html
No transmissor é possível converter as variações elétricas em oscilações
de frequência de rádio através de um oscilador acoplado em seu circuito.
Também em seu circuito há amplificadores para aumentar as oscilações para
conservar a frequência.
Para receber o sinal de rádio frequência foi utilizado um módulo RF
RWS-371-6 de 433 Mhz, que pode ser visto pela representação da figura 6.
Figura 5 – Receptor RWS-371-6.
Fonte – http://www.wenshing.com.tw.
12
Este módulo será responsável por fazer a leitura da rádio frequência do
transmissor.
Através do esquema elétrico é possível verificar as ligações entre os
componentes do circuito, conforme demonstrado na figura 6.
Figura 6 – Esquema elétrico.
Fonte - O autor.
O módulo RF trabalha mais precisamente na frequência de 433,92Mhz,
e trabalha em torno de 4,9v a 5,1v para seu sistema estar em funcionamento.
Basicamente ele é responsável em fazer a leitura do sinal RF e enviar este
sinal para um microcontrolador receptor que irá analisar se o sinal recebido é
do transmissor gravado em sua programação, caso detectado o sinal correto o
microcontrolador irá liberar um de seus pinos para o outro microcontrolador
com a programação desenvolvida neste projeto, onde através dele será
controlado todo o sistema para a liberação da partida da motocicleta.
O microcontrolador responsável pela recepção do sinal de rádio
frequência é o PIC16F1828, a sua programação não foi desenvolvida, pois se
trata de uma programação muito complexa em relação à recepção e
decodificação do sinal recebido do transmissor, então foi adquirido este
microcontrolador com o sinal de transmissão já gravado em seu sistema e com
isso foi possível desenvolver a programação para que após o microcontrolador
receptor identificar o sinal do transmissor libere um sinal em seu pino de saída
para o outro PIC12F617 onde está a programação para realizar funções, como
13
liberar a partida da motocicleta somente após o travamento da cinta jugular.
Através dos pinos 11(RB6) e 13(RB4) do PIC16F1828 será feito a
comunicação com o outro PIC, nestes pinos foram utilizados os Pull-ups
internos. Em sua programação o pino 11 é utilizado para enviar um pulso para
o outro micro controlador quando a cinta jugular estiver travada e o pino 13
envia um pulso quando a trava da cinta jugular soltar.
Os pinos do PIC12F617 que irão receber os pulsos do micro controlador
são os pinos 7 (GP0) e 6 (GP1) no qual o pino 7 recebe o pulso quando a cinta
jugular é travada e o pino 6 quando a trava da cinta jugular se soltar. Neste
microcontrolador o pino 5 (GP2) é responsável em liberar a partida da
motocicleta onde no mesmo está ligado em relé.
2.2.1 Programação
Na figura 7 podemos verificar a parte principal da programação do
microcontrolador responsável pela recepção do sinal RF onde, quando o
sistema iniciar a variável _ON recebe o valor 1 e o LED começa a piscar, assim
aguardando a cinta jugular ser afivelada. Se a cinta for afivelada o LED é
desligado, o relé é ligado permitindo a partida da motocicleta, a variável _ON
recebe o valor 0 e a variável _OFF recebe o valor 1. Se _OFF possuir valor 1 o
programa começa a monitorar se a cinta jugular foi destravada, caso isto
ocorra, recebem o valor 1 a variável _Led e _ON e a variável _OFF recebe o
valor 0, quando for desligada a motocicleta o sistema é desligado. Para a
construção da lógica da programação foi utilizado um fluxograma que pode ser
visto na figura 8.
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Figura 7 – Parte da programação.
Fonte - O autor.
Figura 8 – Fluxograma de funcionamento do programa.
Fonte - O autor.
2.3 Resultados
Os resultados obtidos estão de acordo com os objetivos, mostrando a
viabilidade do projeto que não sofre interferências de ruídos gerados pelo
15
motor da motocicleta. Isso deve-se a sua programação anti ruídos. O
funcionamento do sistema ocorreu exatamente como o esperado. O protótipo
demonstrou ser uma maneira viável de inibir o uso incorreto do capacete,
porém para se ter a real noção da diminuição de acidentes fatais ou
incapacitantes, devido ao uso incorreto do capacete, seria necessária uma
utilização em grande escala do protótipo, utilizando levantamentos e
estatísticas ao seu entorno.
2.4 Discussões
Como alternativa para melhoria do sistema estaria a implantação de um
sistema tanto para detecção da posição da viseira, o que também impediria o
funcionamento da motocicleta ou, caso ligada, alertaria o motociclista quanto
ao seu fechamento, como também para o fechamento automático da mesma
utilizando-se de algum tipo de controle automatizado, seja ele de voz, por botão
ou até mesmo pelo acionamento da própria motocicleta. Outra alternativa seria
colocar um sinal sonoro também no capacete causando uma maior percepção
do motociclista caso a fivela da cinta jugular acabe se soltando durante o
percurso.
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para uma constatação precisa quanto a diminuição de acidentes
agravados pelo uso incorreto do capacete seria necessária a instalação do
sistema em uma grande quantidade de motocicletas, porém o sistema
demonstrou ser uma maneira viável de evitar esse uso incorreto do capacete,
agindo como um impedimento e também como uma conscientização com
sinais auditivos e visuais.
4 REFERÊNCIAS
AUTO ESPORTE. Capacete para moto não é boné; saiba como usá-lo corretamente. Disponível em: <http://g1.globo.com/carros/dicas-de-
motos/noticia/2014/01/capacete-para-moto-nao-e-bone-saiba-como-usa-lo-
corretamente.html>. Acesso em: 17 out. 2016.
AVANZI, Dane. Radiocomunicação: interferências e suas consequências. Disponível em: <http://grupoavanzi.com/radiocomunicacao-interferencias-e-
suas-consequencias/> Acesso em: 18 ago. 2016.
16
CAMPOS, Sarmento. O que é modulação e que modos são utilizados.
Disponível em: <http://www.sarmento.eng.br/Modulacao.htm> Acesso em: 18
ago. 2016.
CAMPOS, Sarmento. Tipos de interferência que afetam a recepção. Disponível em: <Http://Www.Sarmento.Eng.Br/Interferencia.Htm> Acesso em:
18 ago. 2016.
POLICIDADA. Transmissores de RF. Disponível em: <
http://www.policidada.poli.usp.br/media/static/upload/projetos/relatorios/realtorio
_71.pdf> Acesso em: 17 out. 2016.
PP NEWS.O capacete para o motociclista e a fixação da cinta jugular. Disponível em: <http://www.ppnewsfb.com.br/noticia/11822/o-capacete-para-o-
motociclista-e-a-fixao-da-cinta-jugular>. Acesso em: 17 out. 2016.
RADIOCOMUNICAÇÃO. Como funciona um transmissor de rádio frequência. Disponível em:
<http://radiocomunicacaopxvhf.blogspot.com.br/2011/06/como-funciona-um-
transmissor-de-radio_27.html> Acesso em: 01 out. 2016.
TRANSITAR. Capacetes com cinta jugular ‘solta’ não oferecem segurança para motociclistas. Disponível em:
<http://www.blogtransitar.com.br/v1/2015/11/10/capacetes-com-cinta-jugular-
solta-nao-oferecem-seguranca-para-motociclistas/>. Acesso em: 17 out. 2016.
TELECO. Redes wi-fi I: radiofrequência. Disponível em:
<http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwifimanaus1/pagina_3.asp> Acesso
em: 18 ago. 2016.
VIEIRA, Manoel Alexandre. Comunicação via RF. Disponível em:
<http://www.univasf.edu.br/~gari/futvasf/paginas/download/Apresenta%C3%A7
%C3%A3oRF_Manoel%2009-04-2010.pdf> Acesso em: 01 out. 2016.
