TCC - Implantação de um Datalink para Aeronaves de Pequeno Porte

FACULDADE ASSIS GURGACZ

DIEGO WILHELM DA ROCHA

IMPLANTAÇÃO DE UM DATALINK PARA AERONAVES DE PEQUENO PORTE

CASCAVEL 2011



Trabalho apresentado como requisito para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Telecomunicações da Faculdade Assis Gurgacz. - FAG

Orientador: Prof. Paulo Rogério Vieira Sarmento

CASCAVEL 2011

FACULDADE ASSIS GURGACZ



Trabalho apresentado no Curso de Engenharia de Telecomunicações da Faculdade

Assis Gurgacz, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em

Engenharia de Telecomunicações, sob a orientação do Professor Paulo Rogério

Vieira Sarmento.

BANCA EXAMINADORA

____________________________

Paulo Rogério Vieira Sarmento Faculdade Assis Gurgacz

____________________________

Vânio da Maia Faculdade Assis Gurgacz

____________________________

Ewerson Luis Poisk Faculdade Assis Gurgacz

Cascavel, 01 de Julho de 2011

A meus pais

.....Natália e Bejamim

A minha irmã e cunhado .....Patrícia e Jones

A Taitiana, .....Minha amada namorada. “ .... pessoas que são o alicerce da minha vida.... “

AGRADECIMENTOS

A Deus, que esta acima de todas as coisas, por ter permitido a realização

deste trabalho e guiado meus pensamentos, meus passos e por sempre estar

iluminando a minha vida.

A meus pais, eternas fontes de afeto e sabedoria, por acreditarem em mim e

me apoiarem na conquista dos meus sonhos.

A Patrícia e Jones, pelas inesquecíveis demonstrações de amizade e afeto

nos momentos em que mais precisei.

A minha querida namorada Taitiana, pela parceria, amor, carinho e pela

profunda paz e alegria que trouxe a minha vida.

Ao meu professor orientador Paulo Rogério, primeiramente por ter acreditado

em meu potencial e aceito a proposta apresentada, pela dedicada orientação e

apoio em momentos decisivos e por com certeza ter se tornado um grande amigo ao

longo destes anos.

Ao professor Vânio da Maia, pela sempre gentil recepção e por sempre estar

disposto a dividir experiências de vida, que com certeza me fizeram crescer muito

como ser humano.

Ao professor, amigo e colega de trabalho, Ewerson Poisk, pelos grandes

conhecimentos em eletrônica repassados e por sempre estar disposto a ajudar.

Ao professor e amigo Helder J. Carozzi, pela compreensão, pelo apoio neste

projeto e pela alegria contagiante.

A todos os professores do curso de Engenharia de Telecomunicações,

que sempre souberam além de passar os conhecimentos necessários para a vida

profissional, também passar verdadeiras lições de vida que com certeza foram super

importantes nestes anos de convivência.

Aos meus grandes amigos e futuros colegas engenheiros conquistados

com o passar destes anos, que tenho certeza esta amizade ainda ira se estender

por muitos anos.

Ao amigo Claudio, pelo apoio e por me apresentar ao universo das

telecomunicações, este ao qual tenho a alegria em saber que poderei agora estar

incluso durante toda a vida.

A grande amiga e conselheira Raquel Chebabi, que nos momentos de

dificuldade nunca hesitou em ajudar, sempre disposta a ouvir e por ser um grande

exemplo de determinação e dedicação.

A empresa Copel Telecomunicações S.A., em nome do Eng. Jorge Pirotti

e Eng. Manoel Nascimento, pelo apoio e disponibilidade sem os quais este trabalho

não poderia ser feito.

Ao colega Neivo Pothin, pelos grandes ensinamentos na área de Rádio

Frequência.

Ao Tenente Aviador Mateus Habermann, pelos conhecimentos em

comunicações aeronáuticas repassados.

A empresa GOL Linhas aéreas inteligentes, por permitir a experiência de

contato com as comunicações aeronáuticas em suas aeronaves.

Enfim, a todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para o

sucesso deste trabalho.

....o telégrafo é uma espécie de gato muito, muito comprido. Puxa- se a cauda do gato em Nova Iorque e a cabeça faz miau em Los Angeles.

Percebem isto? O rádio opera exatamente da mesma maneira: enviamos sinais aqui, eles recebem-nos além. A única diferença é que não

há gato nenhum...

Albert Einstein, quando lhe pediram para descrever o rádio.

RESUMO

Este trabalho apresenta o projeto e o protótipo de um sistema datalink (enlace de dados) para transmissão e recepção de dados através do uso do rádio VHF em aeronaves de pequeno porte. Devido ao elevado custo e complexidade dos equipamentos, a transmissão de dados é restrita a aeronaves de grande porte e a grandes empresas aéreas. O sistema datalink proposto neste trabalho é uma alternativa de baixo custo e simplicidade para aeronaves de pequeno porte, suprindo as necessidades de se transitar dados em tempo real, com segurança e como opção as comunicações de voz. O sistema realiza o envio e recepção de dados textuais através de um computador e de um rádio VHF, utilizando para isto um software, a placa de som do computador e interfaces de comunicação, é capaz de codificar e decodificar estas mensagens e fazer os acionamentos dos comandos de transmissão do rádio, conta também com uma interface microcontrolada para visualização das instruções de funcionamento e visualização do status de recebimento e transmissão de dados do datalink para auxilio do piloto. Palavras chave: Datalink. Rádio VHF. Aeronaves.

ABSTRACT

This work presents the design and prototype a datalink system (data link) for transmitting and receiving data through the use of VHF radio in small aircraft. Due to the high cost and complexity of equipment, data transmission is restricted to large aircraft and major airlines. The datalink system proposed here is an alternative low cost and simplicity for small aircraft, supplying the needs to move data in real time, safely and as an option for voice communication. The system makes sending and receiving text data via a computer and a VHF radio, using a software, the sound card of computer and communication interfaces, is able to encode and decode these messages and make the actuation commands of the radio transmission, also has an interface microcontrolled to display the operating instructions and view the status of receiving and transmitting data of the datalink to help the pilot. Key words: Datalink. VHF radio. Aircraft.

SUMÁRIO

1 INTRODUCAO ....................................................................................................... 11

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 13

2.1 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ......................................................................... 13

2.2 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ........................................ 13

2.3 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO .................................................................... 15

2.4 SINAIS EM VHF .................................................................................................. 17

2.4.1 Troposfera ........................................................................................................ 18

2.5 ONDA PORTADORA E PROCESSOS DE MODULAÇÃO ................................. 19

2.6 MODULAÇÕES DIGITAIS DE RF (RÁDIO FREQUÊNCIA) ............................... 20

2.6.1 Modulação ASK ................................................................................................ 22

2.6.1.1 Modulação ASK do tipo OOK ........................................................................ 23

2.6.2 Modulação FSK ................................................................................................ 23

2.6.2.1 Espectro do sinal FSK ................................................................................... 25

2.6.3 Modulação PSK ................................................................................................ 28

2.7 MODOS DE TRANSMISSÃO DIGITAL VIA RÁDIO ............................................ 29

2.7.1 Modalidade RTTY (Radio Teletype) ................................................................. 30

2.7.1.1 Velocidade de transmissão ........................................................................... 31

2.7.1.2 Combinação de Caracteres ........................................................................... 31

2.7.1.3 Recepção e decodificação de RTTY ............................................................. 32

2.8 RADIOCOMUNICAÇÃO AERONÁUTICA ........................................................... 33

2.8.1 Estrutura do sistema de radiocomunicação aeronáutica .................................. 33

2.8.2 Sistema Datalink .............................................................................................. 34

2.8.2.1 História .......................................................................................................... 35

2.8.2.2 Datalink VHF ACARS .................................................................................... 35

2.9 MICROCONTROLADORES PIC ......................................................................... 36

2.9.1 Microcontrolador PIC16F877 ............................................................................ 37

2.9.2 Programação de Microcontroladores em C ...................................................... 38

2.10 DISPLAYS LCD ................................................................................................. 38

3 REQUISITOS ......................................................................................................... 40

3.1 REQUISITOS DE HARDWARE E SOFTWARE .................................................. 40

4 ESPECIFICAÇÕES ................................................................................................ 42

4.1 ESPECIFICAÇÕES DO SOFTWARE MMTTY .................................................... 42

4.1.1 Funcionamento do software MMTTY ............................................................... 43

4.1.2 Detalhamento do software MMTTY .................................................................. 43

4.1.3 Processos de demodulação de sinais do software MMTTY ............................. 53

4.1.3.1 Demodulador Discriminador de Frequência (FIR e IIR)................................. 54

4.1.3.2 Demodulador Phase Locked Loop – PLL ...................................................... 55

4.1.4 Filtros................................................................................................................ 55

4.2 ESPECIFICAÇÕES DO SOFTWARE DA IHM .................................................... 56

4.3 ESPECIFICAÇÕES DO HARDWARE ................................................................. 61

4.3.1 Interface elétrica do PIC16F877 ....................................................................... 61

4.3.2 Interface elétrica do display LCD 16x2 ............................................................. 62

4.3.3 Interface elétrica do circuito integrado MAX232 ............................................... 63

4.3.4 Interface elétrica do LED .................................................................................. 64

4.3.5 Interface elétrica da conexão do áudio de saída do PC para o rádio ............... 64

4.3.6 Interface elétrica da conexão do áudio de saída do rádio para o PC ............... 65

4.3.7 Interface elétrica para ativação do PTT ............................................................ 66

5 IMPLEMENTAÇÃO ................................................................................................ 67

5.1 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE DA IHM .................................................... 67

5.1.1 Comunicação serial RS-232 com o PC ............................................................ 68

5.1.2 Comunicação paralela com o display LCD ....................................................... 68

5.1.3 Funcionamento do software embarcado na IHM .............................................. 68

5.2 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE MMTTY .................................................... 70

5.2.1 Personalização da tela principal ....................................................................... 71

5.2.2 Configurações de visualização ......................................................................... 72

5.2.3 Configurações de operação ............................................................................. 73

5.2.3.1 Configurações de operação – Setup MMTTY ............................................... 75

5.3 IMPLEMENTAÇÃO DO HARDWARE ................................................................. 82

5.4 TESTES .............................................................................................................. 85

6 RESULTADOS ....................................................................................................... 88

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 89

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 90

11

1 INTRODUCAO

Desde a introdução do motor a jato na aviação comercial em 1952, a

tecnologia de informação juntamente com as telecomunicações, vem sendo

consideradas a maior revolução no mundo da aviação. Os avanços tecnológicos no

setor de telecomunicações são usados em seu mais alto nível na aviação comercial

e militar, no sentido de aumentar os níveis de segurança aliado a um aumento da

quantidade de trafego aéreo.

A utilização de sistemas para a transmissão de dados relevantes em tempo

real é amplamente abordada por grandes empresas aéreas e em aeronaves de

grande porte. Esses sistemas são extremamente caros e necessitam do uso de

equipamentos complexos funcionando paralelamente aos sistemas da aeronave.

Companhias aéreas de pequeno a médio porte, aeronaves particulares para

transporte de passageiros, cargas e utilizadas para lazer, acabam não tendo

condições de acesso aos sistemas de transmissão de dados pelo motivo do custo e

também pelas próprias aeronaves não possuírem tecnologia para embarcar estes

sistemas.

Portanto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de transmissão

de dados de baixo custo, comandado via software, que possa ser implementado em

aeronaves de pequeno porte, utilizando seus meios de comunicação por voz via

rádio VHF para operação do datalink. Sabendo das inúmeras tarefas no comando de

uma aeronave e que o piloto e co-piloto devem possuir meios de fácil visualização e

operação dos equipamentos a bordo, juntamente com o datalink será desenvolvido

uma IHM (interface homem máquina), que forneça a visualização do status de

transmissão e recebimento de dados, permitindo ao usuário do equipamento um

maior controle sobre a operação do rádio, do software do datalink e dos comandos

da aeronave.

Este trabalho esta dividido em cinco capítulos:

a) Fundamentação Teórica: uma visão dos conceitos teóricos obtidos para

definição e execução deste trabalho.

b) Requisitos: definições dos requisitos de hardware e software necessários para

que o sistema e os dispositivos contemplem os recursos propostos.

12

c) Especificações: neste capitulo são apresentadas as especificações do

software utilizado para funcionamento do datalink, juntamente com seu

detalhamento de funções e funcionamento, as especificações do software da

IHM, as especificações do hardware e da estrutura do protótipo da IHM

(Interface Homem Máquina), os circuitos elétricos e interfaces.

d) Implementação: uma abordagem das técnicas e ferramentas utilizadas no

desenvolvimento do protótipo da IHM e das interfaces, dos ajustes de

parâmetros do software, assim como trechos do código fonte desenvolvido,

materiais utilizados e testes realizados.

e) Resultados: apresentação das dificuldades e das conquistas obtidas através

do desenvolvimento deste projeto e dos testes realizados.

13

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

A existência de ondas eletromagnéticas, previstas pelas equações de

Maxwell, foi inicialmente investigada por Heinrich Hertz. Após vários cálculos e

experimentos, Hertz teve sucesso na geração e detecção de ondas de rádio, as

quais são às vezes chamadas ondas hertzianas em sua homenagem.

Medeiros (2007) complementa que as ondas hertzianas ou eletromagnéticas,

são campos eletromagnéticos não audíveis e não visíveis pelo homem.

Segundo Sadiku (2004), ondas são um meio de transportar energia ou

informação, todas elas viajam em alta velocidade, ao se propagarem apresentam

propriedades ondulatórias e são irradiadas a partir de uma fonte sem a necessidade

de um meio físico de propagação.

Exemplos típicos de ondas eletromagnéticas incluem ondas de rádio, sinais

de TV, feixes de radar e raios luminosos (SADIKU, 2004).

2.2 PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

Uma onda é uma função do espaço e do tempo. O movimento ondulatório de

uma onda ocorre quando um distúrbio em um ponto A, em um instante de tempo t0,

está relacionado com o que ocorre em um ponto B, em um instante de tempo t > t0.

A propagação de uma onda eletromagnética pode se dar nos seguintes

materiais: espaço livre, dielétricos sem perdas, dielétricos com perdas e bons

condutores (SADIKU, 2004).

Uma onda senoidal pode ser descrita como:

E = A sen (ωt – βɀ) (1)

14

Onde:

E = intensidade do campo elétrico no espaço livre; A = amplitude da onda; ω = frequência angular (rad/s); t = tempo; β = constante de fase; ɀ = variável espacial; (ωt – βɀ) = fase da onda (em radianos); Ao analisarmos a Figura 1, onde temos a variável t constante, observamos

que a onda se repete após uma distância λ, portanto λ é chamado de comprimento

de onda (em metros), já analisando a Figura 2, onde a variável espacial ɀ é

constante, vemos que a onda leva um tempo T para se repetir, consequentemente T

é conhecido como o período (em segundos) (SADIKU, 2004).

Fonte: SADIKU(2004)

Figura 1 – Traçado de Ε(ɀ, t) = A sen(ωt – βɀ), com t constante.

Fonte: SADIKU(2004)

Figura 2 – Traçado de Ε(ɀ, t) = A sen(ωt – βɀ), com ɀ constante.

15

Portanto, como a onda leva um tempo T para se propagar por uma distância λ

a uma velocidade u, teremos:

λ = u T (2)

como:

T = 1/f (3)

onde f é a frequência (número de ciclos por segundo) da onda, em Hertz (Hz),

então:

u = f λ (4)

Segundo Sadiku (2004), pode-se a partir da relação fixa entre comprimento

de onda e frequência, identificar a posição de uma estação de rádio dentro de sua

faixa, tanto em termos de frequência, como em comprimento de onda. No entanto,

usualmente a frequência é preferida.

2.3 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

O espectro eletromagnético é a distribuição da intensidade da radiação

eletromagnética com relação ao seu comprimento de onda e frequência.

O espectro eletromagnético é subdividido em faixas, ou zonas (podendo

haver alguma sobreposição entre elas) e pode ser visto na Tabela 1, as frequências

usadas para comunicações de rádio estão localizadas próximas a parte inferior do

espectro eletromagnético e suas respectivas denominações podem ser vistas na

Tabela 2.

[...] conforme a freqüência cresce, a energia EM torna-se perigosa para o homem. Os fornos de microondas por exemplo, podem causar lesões se não forem adequadamente blindados. As dificuldades práticas de usar energia eletromagnética para fins de comunicações também crescem com o aumento da freqüência,SIC, até que, finalmente, não possa mais ser usada [...] (SADIKU, 2004, p. 374).

16

TABELA 1 – O Espectro Eletromagnético

Fenômeno EM Exemplos de Usos Intervalo de Frequência

Raios cósmicos Física, Astronomia Acima de 101⁴ GHz

Raios gama Tratamento de câncer 1010 - 1013 GHz

Raios X Exames de raio X 108 - 109 GHz

Radiação ultravioleta Esterilização 106 - 108 GHz

Luz visível Visão humana 105 - 106 GHz

Radiação infravermelha Fotografia 103 - 104 GHz

Microondas

Radar, estações repetidoras de

microondas, comunicações por

satélite 3 – 300 GHz

Ondas de Rádio

Televisão UHF

Televisão VHF, rádio FM

Rádio em ondas curtas*

Rádio AM**

470 – 806 MHz

54 – 216 MHz

3 – 26 MHz

535 – 1.605 kHz

Fonte: SADIKU (2004) Nota específica: * No Brasil, de acordo com a Resolução nº 79, de 24 de dezembro de 1998, da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), esta faixa de freqüência se estende de 3 a 28 MHz. ** No Brasil, de acordo com a Resolução nº 79, de 24 de dezembro de 1998, da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), esta faixa de freqüência se estende de 535 a 1.625 kHz.

TABELA 2 – Denominações das faixas de frequência Faixas de frequências

Siglas

Denominações

Em função de λ

3 – 300 Hz ELF Frequências extremamente

baixas

Ondas de subáudio

300 – 3000 Hz VF Frequência de voz Ondas da voz

3 – 30 kHz VLF

Frequências muito baixas Ondas muito longas

30 – 300 kHz LF

Frequências baixas Ondas longas

300 – 3000 kHz MF

Frequências médias Ondas médias

3 – 30 MHz HF

Frequências altas Ondas curtas

30 – 300 MHz VHF

Frequências muito altas Ondas métricas

300 – 3000 MHz UHF Frequências ultra altas Ondas decimétricas

3 – 30 GHz SHF Frequências super altas Ondas centimétricas

30 – 300 GHz EHF Frequências extremamente

altas

Ondas milimétricas

Fonte: MEDEIROS (2007)

17

2.4 SINAIS EM VHF

VHF é a sigla para o termo inglês Very High Frequency (Frequência Muito

Alta) que designa a faixa de radio frequências de 30 a 300 MHz e λ de 10m. à 1m

(ENCICLOPÉDIA ENCARTA, 2008).

Os sinais em VHF são comumente utilizados para transmissão de rádio FM

(comumente em 88 – 108 MHz), transmissões televisivas (em conjunto com a faixa

de frequência UHF). Também são geralmente utilizados em comunicações aéreas,

sistemas de navegação terrestre e radioamadorismo (ENCICLOPÉDIA ENCARTA,

2008).

As ondas de rádio possuem algumas características principais conforme pode

ser visto no Quadro 1 (NASCIMENTO, 1992).

QUADRO 1 - Características principais das ondas de rádio

Freqüência Modo de Propagação Alcance Variação

Menor do que 3

MHz

(VLF, LF MF)

Ondas Terrestres (é

usada exclusivamente à

polarização vertical)

Inversamente proporcional à

freqüência do sinal.

Necessita potência elevada

Pequena

Entre 3 MHz e 30

MHz

(HF)

Ondas Ionosféricas e

Ondas Diretas (nas

freqüências mais

elevadas)

Proporcional à freqüência

Depende da hora

do dia e da

estação do ano

Acima de 30 MHz

(VHF, UHF, SHF e

EHF)

Ondas Diretas Depende da altura das

antenas Muito Pequena

Fonte: NASCIMENTO, 1992.

Segundo Miyoshi e Sanches (2006), nas faixas de VHF ou superior o uso de

refração ionosférica não é possível, porque nesta faixa as ondas refratadas não

chegam a atingir o ângulo necessário até os limites da ionosfera para retornar a

superfície terrestre, ainda afirmam que “nas faixas de VHF, UHF é possível

trabalhar com enlaces parcialmente obstruídos”, enquanto nas faixas de SHF e

EHF deve-se ter necessariamente a visada direta.

18

Ondas eletromagnéticas nas faixas de VHF e superiores propagam-se em

linha reta, sendo chamadas por essa razão, de ondas diretas, espaciais ou

troposféricas, já frequências inferiores a 3 MHz propagam-se acompanhando a

curvatura da terra, por isso são chamadas ondas de superfície ou terrestres, e as

ondas de rádio na faixa de HF são refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera,

por isso são chamadas ondas ionosféricas (NASCIMENTO, 1992). Um exemplo

comparativo entre a propagação de ondas em VHF e HF pode ser visto na Figura 3:

Fonte: NICOLAU (2009) Figura 3 – Propagação de ondas em VHF x HF.

Os sinais das faixas de VHF propagam-se exclusivamente através de ondas

diretas, e constituem os sistemas de enlace por visibilidade, onde uma antena pode

“ver” a outra. O alcance confiável não costuma ultrapassar 40 km (NASCIMENTO,

1992).

2.4.1 Troposfera

A camada troposférica por onde as ondas em VHF se propagam é uma

camada adjacente à superfície terrestre, e se estende até uma altitude de

aproximadamente 11000m. É composta por gases como nitrogênio, oxigênio e

dióxido de carbono. A camada troposférica é transparente à radiação solar, cuja

temperatura decresce com a altitude, o principal efeito na propagação de ondas de

rádio em VHF é o da refração, efeito este que atua na trajetória das ondas com o

19

aumento da velocidade de propagação devido à elevação da altitude (MIYOSHI;

SANCHES, 2006).

2.5 ONDA PORTADORA E PROCESSOS DE MODULAÇÃO

Um sinal de rádio não modulado é conhecido como onda portadora. Para a

transmissão eficiente de informações através de ondas eletromagnéticas, é

necessário algum tipo de modulação ou codificação (NASCIMENTO, 1992).

Segundo Haykin (2004), para fazer isso o transmissor modifica o sinal de

mensagem para uma forma apropriada à transmissão através do canal. Essa

modificação é realizada por meio de um processo conhecido como modulação.

O processo de modulação consiste em fazer um dos parâmetros de uma

onda portadora senoidal p(t), variar acompanhando o sinal de mensagem x(t) que

se quer transmitir, denominado sinal modulador (CARVALHO, 2003).

p(t) = E0 * cos(2πf0t+ ɸ) (5)

onde:

E0 = Amplitude;

ɸ = Ângulo de fase; f0 = Frequência da portadora; t = tempo;

Os parâmetros da onda portadora que podem ser alterados pelo sinal da

mensagem x(t) são sua amplitude E0 e seu ângulo de fase ɸ, resultando nos

processos de modulação de amplitude e modulação ângular.

O sinal modulador x(t), que representa a informação a ser transmitida, tem

seu espectro limitado a uma frequência máxima fM, ou seja, a onda portadora

senoidal serve simplesmente de suporte para a transmissão da informação e tem

geralmente uma frequência f0, muito maior que fM (CARVALHO, 2003).

Segundo Carvalho (2003), os processos de modulação podem ser divididos

em modulação analógica e modulação digital. Se o sinal x(t) é um sinal

analógico (varia continuamente em um determinado intervalo de tensão), um dos

20

parâmetros da onda portadora (ângulo ou amplitude) acompanhará continuamente a

variação do sinal x(t), temos então um processo de modulação analógica. Já se o

sinal x(t) é um sinal digital (só assume valores de tensão a partir de um conjunto

discreto), temos um processo de modulação digital. Neste caso a variação de um

dos parâmetros, ou ambos (fase ou amplitude) de uma portadora senoidal, ocorre

alternando entre valores de um conjunto discreto, sempre acompanhando o sinal

modulador x(t).

Um dos motivos para utilizar o processo de modulação é para facilitar o

processo de irradiação do sinal. Para que ocorra irradiação eletromagnética

eficiente, é necessário que o elemento irradiador denominado de antena, tenha

dimensões físicas da ordem de grandeza (pelo menos um décimo) do comprimento

de onda do sinal que se deseja irradiar. Sabendo disso, para frequências muito

baixas, o elemento irradiador teria uma dimensão impraticável de ser construído,

porém aplicando o processo de modulação, como exemplo de um sinal x(t) por um

sinal senoidal de uma onda portadora de frequência mais alta, é possível conseguir

dimensões do elemento irradiador viáveis de serem implementadas (CARVALHO,

2003).

A tecnologia de modulação para transmissão por irradiação vem sendo

utilizada desde o inicio do século XX.

2.6 MODULAÇÕES DIGITAIS DE RF (RÁDIO FREQUÊNCIA)

Existem três processos básicos de modulação: de amplitude, de frequência

e de fase. O sinal modulador digital assume somente valores discretos de tensão, os

processos de modulação digital são conhecidos como modulação por chaveamento

de amplitude, de frequência e de fase, respectivamente identificados pelas siglas

ASK, FSK e PSK, do inglês – amplitude/frequency/phase shift keying, conforme

pode ser visto na Figura 5. Ainda há mais um processo de modulação misto de

amplitude e fase denominado QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

(CARVALHO, 2003). A Figura 4 exibe um exemplo macro de modulação de um sinal

digital.

21

Segundo Carvalho (2003), os sistemas digitais de RF (Rádio Frequência),

utilizam portadora senoidal de frequência elevada, adequada a irradiação

eletromagnética (transmissão via rádio). Em sistemas digitais de RF utiliza-se

exclusivamente os formatos NRZ (Non-Return to Zero – Não Retorno a Zero) para

transmissão.

Fonte: MIYOSHI;SANCHES (2006) Figura 4 – Modulação Digital

Fonte: MIYOSHI;SANCHES (2006)

Figura 5 – Tipos de Modulação Digital

22

2.6.1 Modulação ASK

Segundo Carvalho (2003), no processo de modulação digital ASK, a

amplitude da portadora senoidal é alterada de acordo com o sinal digital x(t) a ser

transmitido. As várias formas de modulação digital de amplitude são chamadas de

família ASK e podem ser vistas na Figura 6.

Fonte: CARVALHO (2003)

Figura 6 – Modulação de Amplitude (ASK)

Com sinal modulador digital binário, a amplitude do sinal modulado pode

assumir apenas dois valores – sistema de modulação BASK (Binary ASK). No caso

particular em que um desses dois valores é zero, o sistema de modulação

denomina-se OOK (On-Off Keying), onde a portadora é ligada ou desligada

conforme se transmita uma marca ou um espaço, daí a razão de sua denominação.

Com sinal modulador digital multinivel, a amplitude do sinal modulado pode assumir

M valores discretos – chamado de sistema de modulação M-ASK (Multilevel ASK)

(CARVALHO, 2003).

23

2.6.1.1 Modulação ASK do tipo OOK

A modulação OOK é o tipo mais simples de modulação por sinal digital, ela

consiste em suprimir a portadora quando o sinal modulante é zero e transmiti-la

quando o sinal for um, conforme pode ser visto na Figura 7 em que G é o gerador da

potência da portadora senoidal. Na Figura 8 é possível visualizar o gráfico da

portadora chaveada em dois níveis de amplitude (MEDEIROS, 2007).


Figura 7 – Chaveamento ASK do tipo on-off


Figura 8 – Portadora chaveada em dois níveis de amplitude

2.6.2 Modulação FSK

No sistema FSK (Frequency Shift Keying), o sinal digital a ser transmitido atua

sobre a frequência da portadora, mantendo a mesma amplitude e a continuidade da

fase. Assim, a portadora assume dois valores de frequências (tons de áudio), um

24

para o bit 1 e outro para o bit 0. Alguns dispositivos possuem chaveamento para

trocar o tom do bit 1 pelo tom do bit 0 (MEDEIROS, 2007).

Assim como no sistema ASK, FSK possui um sistema BFSK (Binary

Frequency Shift Keying), em que uma frequência f0 representa o símbolo 0 (espaço)

e uma outra frequência f1 representa o símbolo 1 (marca), e um sistema MFSK

(FSK Multinível), onde o sinal modulador é um sinal multinível, resultando em um

sinal modulado que pode assumir M valores discretos de frequência ( CARVALHO,

2003).

A modulação FSK é bastante utilizada em sistemas de rádio, e normalmente é

usada para transmissão de dados em baixas velocidades (MIYOSHI; SANCHES,

2006).

A Figura 9 mostra a portadora senoidal de áudio chaveada em frequência.


Figura 9 – Chaveamento FSK

Segundo Laskoski, Marcondes e Szeremeta (2006), o formato de modulação

FSK é o que ocupa a maior largura de faixa de todos, pois os espectros centrados

em F0 e F1 não podem ser superpostos a fim de que a informação seja preservada.

A modulação FSK foi originalmente desenvolvida para enviar texto através de

dispositivos de rádio teleimpressor. O deslocamento da portadora entre a marca e o

espaço foi usado para gerar caracteres no código Baudot. No receptor, os sinais

Baudot foram utilizados para produzir texto impresso para impressoras e

posteriormente em telas de vídeo. Com o desenvolvimento tecnológico, a

modulação FSK foi utilizada para transmitir mensagens no código ASCII utilizados

por computadores e permitiu o uso de caracteres caixa baixa, alta e símbolos

especiais.

25

A introdução de microprocessadores tornou possível usar o FSK para enviar

mensagens com capacidade de verificação e correção automática de erros. Isto é

feito através da inclusão de códigos de verificação de erro nas mensagens,

permitindo que a estação receptora possa requisitar a retransmissão se uma

mensagem ou os códigos de verificação de erro estiverem em conflito (ou se o

código não for recebido).

Entre os modos mais comuns tais como o FSK, estão a tele impressão

amadora através do rádio (AMTOR) e a correção adiantada de erro (FEC). A

modulação FSK é o modo mais rápido de se enviar texto pelo rádio, e os modos de

correção de erro oferecem alta acuracidade e confiabilidade. O espaço de

frequência ocupado depende da quantidade de deslocamentos, mas um sinal típico

de FSK ocupa menos que 1.5 kHz de espaço.

A grande desvantagem do FSK é a necessidade de um equipamento de

recepção mais elaborado e sua principal característica é a imunidade a ruídos,

quando comparada com a ASK.

A modulação FSK é utilizada em modems de baixa velocidade e transmissão

via rádio.

2.6.2.1 Espectro do sinal FSK

Segundo Carvalho (2003), para determinarmos o espectro do sinal FSK,

podemos considerar uma versão NRZ (Non-Return to Zero) unipolar do sinal x(t),

denominada “sinal básico” e uma versão NRZ (Non-Return to Zero) unipolar

denominada “sinal complementar” oposta à anterior, obtendo assim o sinal digital

binário x(t) NRZ (Non-Return to Zero) bipolar, o qual produz o sinal modulado BFSK

representado na Figura 10.

Ou seja, o sinal modulado FSK pode ser visualizado como a soma do sinal

modulado OOK produzido pelo sinal básico sobre a portadora de frequência f1, com

o sinal modulado OOK produzido pelo sinal complementar sobre a portadora de

frequência f0.

26


Figura 10 – Sinal FSK como superposição de dois sinais OOK

O espectro do sinal FSK pode ser visto na Figura 11, o qual é resultante da

superposição do espectro do sinal básico para a frequência f1 com o espectro do

sinal complementar deslocado para a frequência f0. Como o sinal básico e o sinal

complementar são sinais NRZ (Non-Return to Zero) unipolares, existem

componentes discretas nas frequências f0 e f1.


Figura 11 – Espectro do sinal FSK

Como complemento ao processo de formação do sinal modulado FSK,

segundo Miyoshi e Sanches (2006), a modulação FSK é formada por dois

moduladores ASK, sendo que um deles produz pulsos modulados na frequência F1

27

para cada bit 1, enquanto o outro produz pulsos modulados na frequência F0 para

cada bit 0. A saída dos moduladores é combinada e transmitida. Na Figura 12 é

possível visualizar o processo citado acima.

Fonte: MIYOSHI;SANCHES (2006).

Figura 12 – Modulação FSK

Em função da técnica aplicada ao circuito eletrônico da recepção, o FSK pode

ser coerente ou não coerente, tendo o primeiro melhor desempenho que o segundo

(menor taxa de erros). A detecção coerente requer um sinal senoidal de referência

perfeitamente casado em frequência e fase com a portadora recebida, essa

referência de fase pode ser obtida pelo uso de um tom piloto transmitido ou do

próprio sinal modulado, já a detecção não coerente não requer referência de fase.

Outra variante é o MSK (Minimum Shift Keying), no qual um desvio mínimo da

frequência da portadora é capaz de sensibilizar o receptor sem acarretar erros de

decisão (MEDEIROS, 2007).

Um exemplo de deteção não coerente e deteção coerente de um sinal FSK

recebido pode ser visto respectivamente nas Figuras 13 e 14.


Figura 13 – Deteção não coerente de um sinal FSK

28


Figura 14 – Deteção coerente de sinal FSK

2.6.3 Modulação PSK

O sistema de modulação PSK (Phase Shift Keying), chaveamento por desvio

de fase, consiste em alterar a fase da portadora em um ou mais pontos do período

da senóide (entre 0 e 2π), mantendo-se constantes a amplitude e a frequência da

onda (MEDEIROS, 2007).

A fase da portadora é variada em função dos bits de informação, conforme

pode ser visto na Figura 15. No caso de transmitir uma informação (um trem de bits)

por canal de comunicação, temos o 2 PSK. Como este tipo de modulação é bastante

ineficiente em termos de quantidade de bits transmitidos por largura de banda,

utilizam-se normalmente modulações PSK multiníveis para reduzir esta ineficiência

(MIYOSHI; SANCHES, 2006).

A medida que aumenta o nível da modulação, exemplo 4 PSK (2 bits) e 8

PSK (3 bits), aumenta também a sensibilidade a ruídos e distorções, de forma que o

desempenho fica comprometido, por este motivo a maioria dos sistemas utiliza

modulações 4 PSK.

29


Figura 15 – Chaveamento PSK, bit a bit.

2.7 MODOS DE TRANSMISSÃO DIGITAL VIA RÁDIO

Segundo Humberto (2011), modos digitais são aqueles que utilizam códigos

fundamentados em dois estados dos circuitos: condução/não condução,

ligado/desligado, designados também como SIM/NÃO (ON/OFF) ou bits “1/0”. A

transferência de dados via modos digitais pode ocorrer entre máquinas,

computadores, etc., e para diversos fins.

A transmissão de dados por modos digitais via rádio, acontece pelo envio da

informação via teclado (PC), os dados são encaminhados para o rádio transmissor

através da placa de som ou modem (modulador/demodulador) e na sua recepção o

processo é inverso.

Existem alguns modos digitais mais amplamente utilizados, como por exemplo

CW, OLIVIA, PSK-31, QPSK, PACKET, RTTY e MFSK-16. Eles se diferenciam pelo

desempenho na transmissão de dados, métodos de correção de dados e

sensibilidade na recepção de sinais fracos. Um comparativo do espectro referente

aos modos digitais citados acima, pode ser visto na Figura 16:

30

Fonte: HUMBERTO (2011)

Figura 16 – Comparativo de Espectro entre Modos Digitais

2.7.1 Modalidade RTTY (Radio Teletype)

(Radio Teletype) ou rádio-teletipo, é um modo de transmissão digital via rádio.

A exemplo da transmissão em telegrafia, o RTTY utiliza um código para gerar os

números, letras e alguns caracteres. Este código é conhecido internacionalmente

como International Telegraph Alphabet Number 2 (ITA 2), Código Baudot ou

Murray e é composto de sete dígitos, um bit de partida (Start Bit), cinco bits que ao

se combinarem formam o código Baudot e um bit de parada (Stop Bit) (PY6TL;

PY7AW, 2011) e (FORD, 2008);

O código Baudot, como qualquer sistema binário, tem dois estados, que são

chamados de espaço (sem sinal) e marca (com sinal). Com a evolução tecnológica

para maior confiabilidade, ao invés de verdadeiras marcas e espaços, passou-se a

usar duas frequências de áudio diferentes, cada uma correspondente a um dos dois

estados, geralmente a marca é representada como um tom de 2125 Hz e o espaço

como um tom de 2295 Hz. A diferença entre as duas frequências ficou conhecida

como shift (desvio), geralmente utilizada em 170 Hz (FORD, 2008).

Nas ondas decamétricas (ondas curtas), a transmissão é feita em banda

lateral única e as duas frequências de áudio são levadas como duas portadoras

31

distintas não moduladas. O modo, no caso, é conhecido como Frequency Shift

Keying (FSK), com alusão à mudança de frequência.

Nas ondas métricas (VHF) e decimétricas (UHF), bem como em frequências

superiores, o sistema utiliza AM (Amplitude Modulation) ou FM (Frequency

Modulation) moduladas alternadamente com as duas frequências de áudio, sendo

que neste caso o modo é conhecido como Audio Frequency Shift Keying (AFSK)

(PY6TL; PY7AW, 2011).

Por ter áudio como base para sua transmissão no sistema AFSK, a

modalidade RTTY pode ser transmitida em FM e AM (HUMBERTO, 2011).

2.7.1.1 Velocidade de transmissão

A velocidade de transmissão utilizando o Código Baudot normalmente é de 45

bauds, o que equivale a 60 ppm. (palavras por minuto), este valor é conseguido

levando-se em consideração a duração de cada bit a ser transmitido. Como a

duração de cada bit é de 22ms, em um segundo caberiam 1000ms divididos por

22ms, ou seja, 45,45 bits ou 45 bauds (FORD, 2008).

2.7.1.2 Combinação de Caracteres

O Código Baudot é composto de apenas cinco dígitos, este número limita a

combinação de caracteres a um limite de 32 caracteres. Como esta quantidade de

caracteres não é suficiente para compor todas as 26 letras do alfabeto mais os

números e sinais de pontuação, dois comandos são reservados para resolver este

problema, o LETTERS SHIFT e FIGURES SHIFT. Com estes dois comandos o

número de combinações é ampliado para 64 caracteres (PY6TL; PY7AW, 2011).

Quando uma transmissão em RTTY é iniciada, o sistema se posiciona

automaticamente em LETTERS SHIFT, permitindo desta forma que as letras do

alfabeto sejam transmitidas, quando forem inseridos números ou sinais de

pontuação na mensagem, o terminal automaticamente insere o comando FIGURES

32

SHIFT, permitindo a transmissão desses caracteres (PY6TL; PY7AW, 2011) e

(FORD, 2008).

2.7.1.3 Recepção e decodificação de RTTY

Para a correta decodificação da mensagem transmitida em RTTY, é

necessário que o software de recebimento esteja corretamente sintonizado. O

método de ajuste padrão é a utilização de um osciloscópio, porém alguns programas

disponibilizam o sinal (tons de marca e espaço), por duas elipses cruzadas,

chamado também de “bananas” cruzadas. A Figura 17 ilustra o mostrador de

“bananas” cruzadas, onde o mostrador (A) indica que o sinal foi corretamente

ajustado (sintonizado), o mostrador (B) indica que o sinal esta um pouco fora de

frequência e o mostrador (C) indica que a estação de transmissão esta utilizando um

shift (desvio) de frequência diferente do configurado no software para recepção

(FORD, 2008).

Fonte: HUMBERTO (2011)

Figura 17 – Mostrador de sintonia RTTY - Elipses Cruzadas

Segundo Ford (2008), a decodificação de uma mensagem enviada através de

um sinal RTTY, inclui um conjunto de filtros de áudio para identificar as frequências

de marca e espaço funcionando em conjunto com o shift (desvio) das frequências

para a correta decodificação da mensagem. Ford (2008) ainda salienta a importância

da sensibilidade e acuracidade na sintonia do sinal, a fim de detectar fielmente os

33

tons de marca e espaço, reproduzindo a mensagem transmitida corretamente

mesmo em situações onde o sinal esteja fraco ou com interferência.

2.8 RADIOCOMUNICAÇÃO AERONÁUTICA

Conforme Instrução ICA 102-9 (2005), toda e qualquer aeronave que opere

no espaço aéreo brasileiro, em rotas ou áreas sujeitas ao controle de tráfego aéreo,

deverá possuir todas as frequências necessárias para operar nessas rotas ou áreas.

A faixa de frequências de VHF-AM utilizada no Brasil para comunicações do

Serviço Móvel Aeronáutico está compreendida entre 118,000 e 136,975 MHz. Todos

os transceptores de VHF-AM devem operar com espaçamento máximo de 25 kHz.

Os transmissores VHF-AM devem preencher três requisitos mínimos de

operação:

a) estabilidade de frequência de ± 0,0003%;

b) potência de saída de 5W; e

c) capacidade de, no mínimo, atingir um índice de modulação de 85%.

Os equipamentos receptores VHF-AM devem atender também três requisitos

mínimos para operação:

a) sensibilidade de 3 microvolts para relação sinal/ruído de 6 dB;

b) variação do nível de saída de áudio não deverá ser superior a 6 dB para

sinais de entrada entre 5 microvolts e 50 milivolts; e

c) saída de áudio de 50 miliwatts de 600 Ohms.

2.8.1 Estrutura do sistema de radiocomunicação aeronáutica

Conforme o Regulamento RCA 102-1 (2010), o serviço de Telecomunicações

do Comando da Aeronáutica (STCA) tem por finalidade supervisionar, coordenar e

34

controlar as atividades de telecomunicações do Comando da Aeronáutica

(COMAER).

O STCA engloba os serviços de transmissão de informações relacionadas à

navegação aérea, radionavegação, telecomunicações entre pontos fixos e

telecomunicações do serviço móvel entre Estações Aeronáuticas e Estações de

Aeronave ou entre Estações de Aeronave. (RCA 102-1, 2010).

Quanto as atividades e canalização de radiofrequência, o STCA é

responsável por controlar os serviços de modalidade móvel que compreende a

comunicação entre aeronaves e estações terrestres e entre aeronaves, controla os

serviços de difusão de sons, imagens ou sinais para transmissão de informações, os

serviços de transmissão de dados via voz digitalizada e imagem e os serviços de

fac-símile (FAX).

2.8.2 Sistema Datalink

Segundo Nicolau (2009), DATALINK é um termo genérico para

comunicações que habilita a troca de informações digitais entre utilizadores finais

(fontes ou consumidores de informação). Os sistemas e aplicações finais são

independentes do meio Datalink utilizado.

O sistema datalink tem diferentes protocolos, aplicações e utiliza meios de

comunicação (VHF, HF, SATCOM - Satélite) e tem como principais objetivos:

Fornecer um meio alternativo à comunicação por voz;

Automatizar o máximo possível as tarefas de comunicação;

Reduzir carga de trabalho do Piloto e Controlador de tráfego aéreo;

Aumentar a eficiência, capacidade e segurança do controle do tráfego aéreo;

Providenciar troca de informação adicional de forma automática utilizando

sistemas a bordo e em terra;

35

2.8.2.1 História

O uso dos rádios para comunicação na aviação começou por volta de 1929 e

já no início da II Guerra Mundial foram realizadas experiências para sistemas de

aterrissagem automáticos. Na aeronáutica, as rádio estações eram utilizadas como

meio de navegação, o que possibilitava voar sem depender de contato visual com a

terra.

Por volta de 1978 as companhias aéreas percebendo o potencial das

comunicações aéreas digitais, introduziram o Aircraft Comunications and

Reporting System (ACARS), que permitia a troca de informação entre aeronaves e

estações em terra, hoje em dia o sistema ACARS é um dos sistemas mais utilizados

a nível mundial por companhias aéreas para troca de informações operacionais

(NICOLAU, 2009).

O sistema ACARS foi desenvolvido inicialmente como resposta ao requisito da companhia Piedmont Airlines para encontrar uma melhor forma de calcular tempos de serviço de tripulações. A aplicação inicial tinha o nome de “OOOI” e oferecia comunicação Aeronautical Operational Communications (AOC). OOOI fornece informação: Out of the gate, Off wheels weight on takeoff, On weight back on the wheels e In arrive at gate. À medida que o sistema foi evoluindo, as organizações descobriram que outro tipo de informação que podia ser transmitida e recebida através do sistema ACARS, e deu-se a expansão e desenvolvimento do sistema. Os serviços de manutenção encontraram também uma mais valia no downlink em tempo real de parâmetros da aeronave. (NICOLAU, 2009, p. 16).

2.8.2.2 Datalink VHF ACARS

O Datalink VHF ACARS é um sistema de baixa velocidade, orientado por

caracteres e tem uma taxa de transmissão bruta de até 2.4 kbps, a taxa de

transmissão de dados é da ordem de 300 à 600 bps e seu tempo de entrega de

mensagem geralmente é superior a 5 segundos. Foi introduzido na aviação civil em

1978 e é o Datalink básico para ACARS (NICOLAU, 2009).

A Figura 18 demonstra a topologia geral de funcionamento de um Datalink,

onde o Datalink Airborne Systems é responsável pelo encaminhamento das

mensagens a bordo da aeronave para os sistemas finais apropriados, o Datalink

Service Provider é responsável pela fiabilidade do meio de transmissão Ar/Terra,

36

seja ele VHF, HF ou SATCOM e o End-users Ground System é o meio utilizado por

operadores de trafego aéreo e controladores operacionais das companhias aéreas

como interface de entrada ao Datalink.

Fonte: NICOLAU (2009)

Figura 18 – Topologia Datalink

2.9 MICROCONTROLADORES PIC

Segundo Souza (2006), pode-se definir o microcontrolador como um

“pequeno” componente eletrônico, dotado de uma “inteligência” programável

utilizado no controle de processos lógicos. Ou ainda conforme Nicolosi (2002),

microcontrolador é um dispositivo central que controla todo o funcionamento do

circuito, isto é, manipula dados e gerência a transferência desses dados entre os

periféricos internos e os periféricos externos.

37

Os microcontroladores PIC (Peripheral Interface Controller) são uma família

de dispositivos fabricados pela Microchip® e utilizam uma arquitetura RISC

(Reduced Instruction Set Computer), com frequências de Clock de até 40 MHz, até

2048 palavras de memória de programa e até 3968 bytes de memória RAM

(Random Access Memory). Os microcontroladores PIC podem ser encontrados com

diversos periféricos internos (PEREIRA, 2002).

Segundo Souza (2003), a grande vantagem da família PIC é que todos os

modelos possuem um set de instrução bem parecidos, assim como também mantêm

muitas semelhanças entre suas características básicas.

2.9.1 Microcontrolador PIC16F877

O PIC16F877 é um microcontrolador fabricado pela Microchip Technology®.

Sua frequência de operação (clock) pode chegar até 20 MHz e opera com

alimentação de 4 volts à 5,5 volts. É um modelo extremamente poderoso, pois

agrupa de uma só vez o maior número possível de recursos disponíveis (SOUZA,

2003).

O PIC16F877 possui 40 pinos, o que possibilita a montagem de um hardware

complexo e capaz de interagir com diversos recursos e funções ao mesmo tempo.

Possui 33 portas configuráveis, como entrada e saída digital, dois conversores

analógicos de 10 bits (8x) e comparadores analógicos (2x). Possui memória de

programação EEPROM FLASH, que permite a gravação rápida do programa

diversas vezes no mesmo chip sem a necessidade de apagá-lo por meio de luz

ultravioleta. Sua via de programação tem 14 bits e 35 instruções. Suporta gravação

in-circuit. Possui memória EEPROM interna de 256 bytes e RAM com 368 bytes e

memória de programa com 8 kwords, com capacidade de escrita e leitura pelo

próprio código interno. Possui 15 interrupções, três timers, comunicações seriais:

SPI™, I²C™ e USART, conta ainda com recursos de Power-On-Reset e Brown-out

Reset (SOUZA, 2003).

38

2.9.2 Programação de Microcontroladores em C

A maioria dos microcontroladores disponíveis no mercado disponibiliza

compiladores em linguagem C, pois é uma linguagem de alto nível, acelerando e

facilitando o processo de programação. O uso de C permite a construção de

programas e aplicações complexas, e além de proporcionar velocidade na criação

de novos projetos, devido às facilidades oferecidas pela linguagem. Também oferece

grandes benefícios devido a sua portabilidade, o que permite adaptar programas de

um sistema para o outro com um mínimo de esforço (PEREIRA, 2003).

Segundo Pereira (2003), a linguagem C é uma linguagem eficiente, que no

jargão dos compiladores, é a medida do grau de inteligência com que o compilador

traduz um programa C para o código da máquina. Quanto menor e mais rápido o

código gerado, maior será a eficiência da linguagem e do compilador. A linguagem

de programação C permite que o programador preocupe-se mais com a

programação da aplicação em si, já que o compilador assume para si tarefas como o

controle e a localização das variáveis, operações matemáticas e lógicas, verificação

de bancos de memória, etc.

2.10 DISPLAYS LCD

Segundo Zanco (2006), o display LCD (Liquid Cristal Display) é uma opção

prática de apresentar uma grande quantidade de dados de forma relativamente

simples e barata, fundamental para a IHM (Interface Homem Máquina). Esta

facilidade fez com que os LCDs ganhassem popularidade e hoje são usados em

uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos.

Os displays LCD são muito mais poderosos que os displays de segmentos,

por possuírem mais caracteres e serem alfanuméricos (SOUZA, 2003).

Segundo Pereira (2003), existem dois tipos de displays LCD: Os de

caracteres e os gráficos. Os displays de caractere são mais baratos e capazes de

apresentar caracteres como letras, números e símbolos. Esses displays não

39

funcionam adequadamente para a apresentação de gráficos, já que a sua tela é

dividida em linhas e colunas, e cada posição armazena um caractere. Já os displays

gráficos são mais caros e complexos de programar, porém podem apresentar

virtualmente qualquer tipo de informação na tela, inclusive gráficos e fotos.

A funcionalidade de um display LCD é conseguida através de um circuito

eletrônico chamado LCD Controler (Controlador de LCD). O LCD Controler é o

coração do LCD, cabendo a ele toda a tarefa de fazer acender os diversos

segmentos do display (ZANCO, 2006).

Segundo Pereira (2003), esses controladores permitem uma interface simples

com sistemas microprocessadores ou microcontrolados, com largura de barramento

de dados selecionável para 4 ou 8 bits.

40

3 REQUISITOS

Neste capitulo serão abordadas as definições dos requisitos de hardware e

software necessários para que o sistema e os dispositivos contemplem os recursos

propostos.

3.1 REQUISITOS DE HARDWARE E SOFTWARE

Para que o datalink entre o rádio VHF da aeronave e o rádio VHF da estação

base em solo ou outras aeronaves funcione, é necessário que o sistema seja capaz

de modular e converter os sinais digitais enviados por uma interface de entrada de

dados (PC), para sinais analógicos no momento da transmissão ao rádio. Na

recepção que seja capaz de converter os sinais analógicos de saída do rádio em

sinais digitais para a demodulação no (PC).

Ainda é necessário que o sistema seja capaz de se comunicar com uma IHM

(Interface Homem Máquina), a fim de fornecer um meio auxiliar de visualização de

status de recebimento e transmissão de dados, facilitando assim a operação do

equipamento.

Para isso o sistema datalink deverá contar com os seguintes recursos:

a) Possuir uma IHM microcontrolada composta de display LCD, led, controle de

contraste e controle de iluminação;

b) Interface de entrada e saída de dados capaz de enviar e receber mensagens

de texto.

c) O sistema deverá ser capaz de se adaptar a diferentes usuários, podendo

receber sua identificação para enviar junto à mensagem, efetuar gravação

das mensagens recebidas e enviadas, permitir ao usuário armazenar

mensagens prontas e disponibilizar de forma rápida e fácil seu acesso para

envio;

d) O sistema deverá ser capaz de efetuar o controle de acionamento do rádio.

41

e) Possuir uma interface de saída de áudio com divisor de tensão para

acoplamento ao rádio e uma interface de entrada de áudio.

Para que seja possível implementar todos os recursos acima citados para o

datalink, é necessário contemplar uma série de requisitos de hardware e software.

Os requisitos de hardware são:

a) Interface elétrica necessária para o funcionamento do microcontrolador

PIC16F877;

b) Interface elétrica do LCD;

c) Interface de comunicação do circuito integrado MAX232;

d) Interface elétrica do led;

e) Interface de áudio do laptop para o rádio com divisor de tensão;

f) Interface de áudio do rádio para o PC;

g) Interface de acionamento do PTT (Push to Talk) do rádio;

Os requisitos de software são:

a) Uso em modo digital tipo RTTY para transmissão via rádio;

b) Filtragem e demodulação dos sinais recebidos;

c) Filtragem e modulação dos sinais enviados;

d) Mostrar em tela as mensagens enviadas e recebidas;

e) Mostrar em tela o espectro do sinal recebido e enviado, assim como seu

escopo de sintonia;

f) Escrever dados no LCD;

g) Prover comunicação serial entre o PC e a IHM;

h) Rotina de instrução do usuário;

42

4 ESPECIFICAÇÕES

Neste capitulo são apresentadas as especificações do software utilizado para

funcionamento do datalink, juntamente com seu detalhamento de funções e

funcionamento, as especificações do software da IHM, as especificações do

hardware e da estrutura do protótipo da IHM (Interface Homem Máquina), os

circuitos elétricos e interfaces.

O sistema datalink será dividido em dois módulos, a IHM e o software

MMTTY. A IHM deverá sempre ser acionada antes do software, ela será responsável

por realizar a interface inicial com o usuário, prover informações de status de

recebimento (Rx) e envio (Tx) do software, seguindo os seguintes passos:

a) Informar o usuário o processo de inicialização do módulo;

b) Informar ao usuário qual será o canal a ser utilizado no rádio e as respectivas

faixas de frequências para a operação do datalink;

c) Informar ao usuário qual conexão deverá ser utilizada para sua ligação ao PC;

d) Informar quais os parâmetros básicos a serem verificados e configurados no

software MMTTY antes do início de seu uso no sistema datalink;

e) Após o software ter sido iniciado, indicar o status de recebimento de dados

(Rx) ou envio de dados (Tx) do software.

O software MMTTY será responsável por realizar a interface final com o usuário,

disponibilizando o acesso ao envio e recebimento de mensagens pelo sistema

datalink.

4.1 ESPECIFICAÇÕES DO SOFTWARE MMTTY

O software escolhido para operação do sistema datalink, foi o software

MMTTY, desenvolvido por Makoto Mori, criador do também bem referenciado

software de análise de antenas MMANA-GAL. Makoto Mori é também conhecido por

sua sigla de radioamador JE3HHT.

43

Os critérios utilizados para a escolha do software acima citado levaram em

conta a facilidade de operação, qualidade no recebimento e envio de sinais, a

natureza de software livre, ou seja, sem necessidade de pagamento de licença para

uso, uso do modo digital de transmissão via rádio RTTY, quantidade de recursos

para personalização e compatibilidade com diversos sistemas operacionais. O

software MMTTY contemplou todos os critérios.

4.1.1 Funcionamento do software MMTTY

O software MMTTY tem como base de funcionamento modulação FSK ou

AFSK, utilizando o modo de transmissão digital via rádio RTTY para tal. Para o

sistema datalink será utilizado exclusivamente modulação AFSK juntamente com o

modo de transmissão digital via rádio RTTY.

O MMTTY basicamente recebe a mensagem a ser enviada em um campo de

sua tela principal, codifica os caracteres de entrada e através de modulação AFSK

juntamente com a placa de som do PC envia os dados já modulados para o rádio

transmissor através da saída de áudio da placa. O procedimento de recebimento da

mensagem é o inverso do citado acima, através da entrada de microfone da placa de

som do PC, o software recebe o sinal modulado em AFSK e interpreta os códigos,

gerando assim os caracteres e os exibindo em um campo de sua tela principal para

visualização do usuário.

4.1.2 Detalhamento do software MMTTY

Aqui serão demonstradas as características e interfaces do software, os

detalhes de seus elementos básicos e suas respectivas funções pertinentes a

utilização do datalink em cada tela.

As principais características e funções do software são:

44

Modula (codifica para a transmissão) RTTY utilizando a placa de som do

PC;

Demodula (decodifica) RTTY usando a placa de som do PC;

Utiliza DSP (Digital Signal Process) para detectar e demodular sinais de

RTTY, com inúmeras opções de controle;

Gera AFSK para transmissão através da entrada de microfone de um rádio

transceptor;

Gera FSK para a transmissão através da porta de entrada de alguns

rádios transceptores;

Opera o PTT (Push To Talk) do rádio, utilizando um pino da porta COM

FSK;

Oferece 16 botões de macro totalmente customizáveis que podem conter

texto e comandos;

Armazena até 64 mensagens de transmissão definidas pelo usuário, além

dos botões de macro;

Tem um programa simples de registro que automatiza algumas operações

de entrada de dados;

Permite ao usuário a personalização dos parâmetros de demodulação

utilizando DSP;

Mostra a entrada do sinal em um osciloscópio digital, exibido na tela do

PC;

Gravação e repetição dos sinais RTTY;

Registra os textos decodificados;

Oferece teclas de atalho customizáveis pelo usuário, a fim de simplificar

sua operação;

Tem um sistema de log simplificado, com importação e exportação;

Funciona como um modem quando visto por outros programas ou outros

softwares que utilizem RTTY.

Uma grande vantagem do MMTTY é a compatibilidade com diversas versões

de sistemas operacionais e os baixos requisitos para funcionamento, podendo ser

instalado em praticamente qualquer PC. Os requisitos mínimos de sistema para

funcionamento do software MMTTY, são:

45

a) Microsoft Windows® 95, 98, NT, ME, XP, Vista ou 7 (Seven);

b) Processamento de 155 MHz ou superior;

c) 8 megabytes de memória RAM ou superior;

d) Resolução de 640 x 480 pixels ou superior;

e) Placa de som de 16 bits soundblaster ou compatível (11.025 Hz, 16 bits).

A Figura 19 mostra a tela principal do software MMTTY, os campos distintos

da tela foram separados em vermelho e pelas letras A, B, C, D, E, F, G, H e I. Suas

respectivas funções são:

a) Tela (menu) para controle dos arquivos, edição, visualização, opções,

perfil do usuário, programas e arquivo de ajuda;

b) Botões de controle;

c) Parâmetros do demodulador e filtros;

d) Macros;

e) Telas de visualização do espectro e escopo do sinal;

f) Log para uso de radioamadorismo;

g) Campo de exibição de mensagens recebidas;

h) Macros;

i) Campo para escrita das mensagens a serem enviadas;

Fonte: SOFTWARE MMTTY Figura 19 – Tela principal do software MMTTY

46

O menu principal do software tem diversas funções, porém algumas das

opções podem ficar disponíveis somente após alguma ação ser efetuada. As

funções e suas atribuições podem ser vistas respectivamente nas Tabelas 3, 4 e 5

abaixo:

TABELA 3: Menu File

Função

Atribuições

Log Rx File Inicia o procedimento para gravar os caracteres que

aparecem na janela de recepção.

Options of Received-log Especifica o local do registro de recebimento e as opções

sobre a gravação a partir do momento que uma transmissão passa a ser recebida.

Send Text Envia um arquivo de texto.

RxWindow to File Salva o conteúdo da janela de recebimento para um

arquivo.

Open LogData File Abre o arquivo de Log.

Save Data now Salva os dados que estão na janela de log.

Record WAVE (mmv) immediately

Grava uma representação da entrada de áudio, salva a mesma como um arquivo wave de extensão mmv.

Record WAVE (mmv) as...

Grava o áudio de entrada, mas primeiro é necessário atribuir um nome ao arquivo.

Play WAVE(mmv) Toca o arquivo wave armazenado.

Seek Play position Procura a posição de reprodução do arquivo.

Rewind Play/Record Volta para o inicio do arquivo gravado.

Pause Play/Record Pausa o arquivo que esta sendo gravado, mas permanece

em posição para continuar a gravação.

Close Play/Record Para de gravar o arquivo, o salva e fecha.

Exit MMTTY Sai do Programa

Fonte: SOFTWARE MMTTY

47

TABELA 4 – Menu Edit

Função

Atribuições

Paste to TxWindow Cola o texto copiado na janela de transmissão.

Edit Macro Buttons Abre a tela de configuração do MMTTY, na guia TX, onde o

painel de botões macro é disponibilizado para edição.

Edit Messages Seleciona mensagens armazenadas para edição.

Assign ShortCut Keys Altera a atribuição dos atalhos das funções do programa.


TABELA 5 – Menu View

Função

Atribuições

Control Panel Faz o painel de controle aparecer ou desaparecer.

Control Panel size Redimensiona o tamanho do painel de controle.

Macro Buttons Alterna entre os botões de macro do teclado e visor linear.

FFT Display Faz o sinal FFT aparecer e desaparecer.

FFT Width Seleciona a banda do FFT.

FFT Sensitivity Varia a sensibilidade do FFT, low é o mais sensível.

FFT Response Varia a velocidade de resposta do FFT.

XYScope Faz a tela de elipses cruzadas do RTTY aparecer ou

desaparecer no osciloscópio.

XYScope Size Varia o tamanho da tela de elipses cruzadas para exibição.

XYScope Quality Varia a qualidade de exibição das elipses cruzadas no

osciloscópio.

Scope Mostra a amplitude do sinal pelo tempo.

Clear Rx Window Limpa a janela de recepção.

Show Button Hint Ativa ou desativa a exibição de popup quando o cursor

estiver sobre os botões.

LogData List Edita as entradas de log atuais.

Current QSO Data Edita os dados a serem registrados no QSO atual.


48

TABELA 6: Menu Option

Função

Atribuições

Soundcard output level Configura o nível de saída da placa de som.

Soundcard input level Configura o nível de entrada da placa de som.

Test Uma sequência de testes é executada através do MMTTY e aparece na janela de recepção, porém nada é enviado através da placa de som.

Disable transmission Não permite a transmissão, mesmo com os comandos dos

botões para tal.

Way to send Permite selecionar o envio por letra, palavra completa ou a

linha completa.

Autosend CR/LF with TX button

Transmite um CR/LF assim que a transmissão começar.

Word wrap on keyboard Mantém as letras de uma palavra juntas, quando chegar o fim da linha.

PTT timer Define o tempo máximo de ativação do PTT para

transmissão.

Running mode Inicia e para o modo de execução, que é configurado na

opção de registro.

Setup TNC emulation Configura o MMTTY para funcionar como se fosse um TNC.

Setup Logging Setup automático dos recursos de log.

Setup MMTTY Altera a maioria dos parâmetros de recepção e transmissão do MMTTY.


Ainda no menu, o software possui a aba Profiles, que permite a seleção de

diferentes perfis de funcionamento do software, além de permitir salvar o perfil do

usuário com os parâmetros escolhidos pelo mesmo.

A aba Program do menu, permite que o usuário ative algumas funções para

comunicação com outros softwares que utilizem modos digitais de transmissão via

rádio, e o menu Help, fornece um arquivo de ajuda para auxilio do usuário na

utilização do software MMTTY.

Na Figura 20 temos o quadro principal de controle, onde os botões FIG, UOS,

TX e TXOFF, têm respectivamente como funções:

49


Figura 20 – Quadro de Controle do software MMTTY

FIG: Controla a recepção e envio de letras e figuras, ele esta sob operação

exclusiva do programa. Em RTTY, letras e números compartilham os mesmos

códigos, a diferença entre eles é saber se a estação emissora enviou uma

letra ou outro caractere. Para esta diferenciação o software aciona o comando

FIG para diferenciar estas mudanças de caracteres.

UOS: (Unshift On Space), esta sob controle de ativação do usuário. O botão

UOS é utilizado para nos casos de perca de estado (letras ou figuras) durante

a decodificação dos caracteres, o software automaticamente se desloca para

o recebimento de letras, por ser o tipo de caractere mais utilizado. A ativação

do recurso UOS é recomendada.

TX: Pode ser ativado pelo usuário e pelo software, o acionamento do botão

inicia a transmissão de dados, juntamente com a ativação do PTT do rádio

transceptor. O não acionamento do botão significa que o software esta em

estado de recepção (Rx) e mantém o PTT do rádio transceptor desligado.

TXOFF: É comandado pelo usuário e interrompe a transmissão

imediatamente, indiferente de ter ou não terminado o envio da mensagem.

Na Figura 21 temos o quadro de configuração dos parâmetros de

demodulação, filtragem e envio do sinal.

Fonte: SOFTWARE MMTTY Figura 21 – Quadro de Demodulação, Filtragem e Nível de sinal

50

Suas funções são:

Mark – Mostra o tom de frequência de áudio utilizado para envio de marca

(representa o bit 1). Pode ser ajustando entre as frequências de 915 à 2125

Hz, porém o padrão de utilização é 2125Hz.

Shift – Mostra o espaçamento em frequência das frequências de marca (bit 1)

e espaço (representa o bit 0) . Pode ser ajustando entre as frequências de 25

à 850 Hz.

Baud Rate selector (Seletor de taxa Baud) – o padrão de utilização é 45.45

bauds. É um display mutifunções que se altera conforme o tipo de

demodulador selecionado, se o demodulador for IIR, irá exibir para ajuste

para BW, se o demodulador for tipo FIR, ira exibir ajustes para Tap e se o

demodulador for PLL irá exibir ajustes para o VCO.

AV ou LPF ou Loop – É outro display multifunções que se altera conforme o

tipo de demodulador selecionado, se o demodulador for IIR ou FIR, permitira

ajustes de AV e LPF e se o demodulador for tipo PLL, irá exibir ajustes para o

VCO.

A direita da tela de demodulação está os botões de demodulação, onde o

squelch é mostrado entre a segunda e terceira fila de botões. O “squelch” é a função

de um circuito eletrônico que suprime a saída de áudio (som) de um receptor de

rádio, quando não há um sinal de entrada forte o suficiente. Ele elimina os sinais de

áudio de baixa qualidade que podem estar presentes na/ou perto da frequência

sintonizada e só permite a entrada de sinais de áudio com boa qualidade. Abaixo

estão listadas as funções dos botões de demodulação e da barra do squelch.

Type – Seleciona o tipo de demodulador. Cada vez que for pressionado irá

alternar entre 3 tipo de demoduladores: (1) IIR, (2) FIR e (3) PLL. Ao acionar o

botão, os parâmetros de configuração se alteram para cada tipo de

demodulador.

Rev. – Altera a ordem de espaçamento entre as frequências de marca e

espaço. Quando o tom de frequência mais alto é o de marca, o tom de

espaço esta em uma frequência menor distanciado pelo shift. Já com o botão

51

Rev. ativo, esta condição é inversa, ou seja, a frequência do tom de áudio que

corresponde ao espaço é maior do que o tom de marca devidamente

espaçado pelo shift.

HAM – Altera os parâmetros de Mark e Shift para uma padrão pré

selecionado no menu de demodulação do MMTTY.

SQ – Representa o squelch. Pode ser utilizado para evitar a exibição de

caracteres aleatórios oriundos de ruído. O indicador entre a segunda e

terceira coluna de botões, logo abaixo do botão SQ, é o indicador de

intensidade do sinal. Nesta barra existe uma pequena linha vertical, ela é o

squelch. O squelch pode ser movido clicando na barra e movendo o cursor

para a direita ou esquerda, a barra se moverá conforme a direção do cursor.

A intensidade do sinal é mostrada pela cor verde, e quanto mais para direita

estiver, maior é sua intensidade. Quando a intensidade do sinal for maior que

a barra do squelch, o software exibirá na tela os caracteres decodificados do

sinal, mas se estiver abaixo da barra do squelch, o software não exibira nada.

O squelch poderá ser desativado quando estiver tentando decodificar um sinal

fraco e a exibição de caracteres provenientes de ruído não interferir na

mensagem final.

Not. – O botão ativa o DSP áudio notch filter (Filtro “não” de áudio por

Processamento Digital de Sinais). Ele pode ser usado para limitar as

frequências que chegam próximas as marcações de espaço e marca. Para

setar os pontos de frequência a serem atenuadas, basta ativar o botão not. e

clicar com o botão direito do mouse na tela FFT, no local onde deseja inserir o

filtro notch. Serão exibidos dois triângulos que indicam o centro do filtro onde

o sinal será fortemente atenuado.

BPF – (Band Pass Filter), representa um filtro-passa-banda. Ele pode ser

ajustado na aba options/ Setup MMTTY/ guia BPF demodulator. Este filtro

DSP está centrado no meio da banda de passagem mostrada na FFT. Para

ativá-lo basta pressionar o botão e para desativar o processo inverso.

ATC - Significa Automatic Threshold Control (Controle Automático de Limiar).

Esta função DSP, ajusta o nível de sinal de entrada no comparador. O ATC

pode não funcionar bem para níveis baixos de sinal.

52

NET – Sem o botão NET pressionado, o software transmite um tom de marca

na frequência de áudio do padrão HAM. Quando o botão é pressionado a

frequência de transmissão da marca, torna-se a mesma frequência de

recepção da marca, e a transmissão será exatamente na mesma frequência

da última recepção efetuada.

AFC – Significa Automatic Frequency Control (Controle Automático de

Frequência). Quando o botão é pressionado, o software varia a frequência de

recepção Mark, e o shift para ajustar o sinal recebido. Quando o AFC estiver

pressionado, é possível ajustar um sinal de RTTY recebido automaticamente.

A Figura 22 mostra o quadro onde são fixados os botões de controle de

Macros. Estes 16 botões podem ser programados para enviar qualquer tipo de

mensagem ou para realizar operações do software. Após definir as mensagens a

cada botão macro, ao selecioná-los a mensagem interna é automaticamente enviada

pelo software, podendo ser repetida a determinados intervalos de tempo.

A Figura 23 mostra o quadro referente ao FFT Display (Fast Fourier

Transformed), display da Transformada Rápida de Fourier do sinal. Este display

mostra a frequência do áudio enviado e recebido ao longo do eixo horizontal e sua

amplitude no eixo vertical. As duas barras verticais amarelas identificam as

frequências de marca e espaço, e a distância entre as duas barras, identifica o shift

entre as frequências.


Figura 22 – Quadro de fixação dos botões de macro – Software MMTTY

Fonte: SOFTWARE MMTTY Figura 23 – Display FFT – Software MMTTY

53

As Figuras 24 e 25 respectivamente mostram o display XY do software e o

display watterfall (cachoeira). O display XY é uma representação do computador de

um osciloscópio, mostrando duas elipses cruzadas, estas elipses representam a

correta sintonia do sinal RTTY. Para uma sintonia perfeita, uma das elipses deve

estar na vertical e a outra na horizontal, se elas não estiverem nos ângulos corretos

citados agora, significa que o shift de recepção é diferente do shift de transmissão

recebido.

O display watterfall (cachoeira) é uma representação gráfica do espectro de

frequência do sinal recebido e enviado, essa exibição pode ser utilizada para

sintonizar o sinal, ao invés de utilizar o botão AFC.


Figura 24 – Display XY – Software MMTTY


Figura 25 – Display Waterfall – Software MMTTY

4.1.3 Processos de demodulação de sinais do software MMTTY

O software MMTTY permite que o usuário escolha o tipo de demodulador que

será utilizado para converter os sinais de áudio do receptor em texto na tela do

computador. São oferecidos ao usuário três demoduladores: duas variações do

Demodulador Discriminador de Frequência (FIR e IIR) e um demodulador PLL.

54

4.1.3.1 Demodulador Discriminador de Frequência (FIR e IIR)

A Figura 26 mostra um diagrama de blocos de como funciona o processo de

decodificação para decidir se um dado sinal é uma marca ou um espaço. O

diagrama de blocos foi criado utilizando o Microsoft Power Point®.

Fonte: Autor

Figura 26 – Diagrama de blocos – Demodulador Discriminador de Frequência

O sinal torna-se um som no rádio que por sua vez é alimentado em um

limitador. Após o limitador, o sinal entra em dois ressonadores. Um deles, o

ressonador de marca é ajustado para 2125 Hz. O segundo, o ressonador de espaço

é sintonizado para 2295 Hz. A partir dos ressonadores, o sinal entra em dois

detectores que detectam o sinal e enviam o sinal resultante para um comparador. O

comparador irá decidir então, qual dos dois sinais é o mais forte (marca ou espaço).

Esse processo é feito constantemente e é auxiliado pelo uso de filtros para descartar

os sinais identificados como ruído. E é este o processo de demodulação do sinal

RTTY.

As variações de demodulação IIR (Infinite Impulse Response) e FIR (Finite

Impulse Response) são opções do bloco ressonador da figura acima. A

característica do demodulador IIR é semelhante ao de um filtro LC (Indutor-

Capacitor), já a característica do FIR, é que a fase do sinal é mantida linearmente,

ao contrario do filtro LC. Do mesmo modo os sinais de saída dos filtros de marca e

de espaço são detectados e comparados para decidir se o resultado final é um bit 0

ou 1.

55

4.1.3.2 Demodulador Phase Locked Loop – PLL

No demodulador PLL, um detector de fase ou frequência é utilizado para

manter a diferença de fase ou de frequência entre o sinal de entrada de áudio e um

oscilador com referência zero. O detector controla a frequência do oscilador de

referência alternando uma tensão DC (Direct Current). Essa mudança de tensão é

aplicada em um filtro passa-baixa ativo e ao integrador, o resultado determina se o

sinal será uma marca ou um espaço. O demodulador PLL é mais sensível a ruídos.

Assim como no demodulador discriminador de frequência, o diagrama de

blocos (criado no Microsoft Power Point®) referente a seu funcionamento pode ser

visto na figura 27.

Fonte: Autor

Figura 27 – Diagrama de blocos – Demodulador PLL

4.1.4 Filtros

Um exemplo das características de frequência dos filtros passa banda e notch

utilizados pelo software para demodulação do sinal através dos demoduladores FIR,

IIR e PLL, para as frequências de marca 2125 Hz e espaço 2295 Hz podem ser

vistos respectivamente nas Figuras 28 e 29.

56

Fonte: SOFTWARE MTTY

Figura 28 – Filtro passa banda – Software MMTTY

Fonte: SOFTWARE MTTY

Figura 29 – Filtro notch – Software MMTTY

4.2 ESPECIFICAÇÕES DO SOFTWARE DA IHM

As especificações do sistema embarcado da IHM serão representadas em

forma de diagrama de blocos e figuras criado no Microsoft Visio®. A IHM tem a

57

incumbência de informar ao usuário os parâmetros principais de configuração do

software datalink e informar ao usuário as mudanças em tempo real do status de

recebimento ou transmissão do mesmo.

Ao iniciar o sistema, a IHM irá sinalizar com o led vermelho que o sistema

está energizado. Após a energização do sistema, será executada uma sequência de

processos que podem ser visualizados na Figura 30.

Fonte: Autor

Figura 30 – Sistema embarcado da IHM

58

Os processos da Figura 30 podem ser divididos em:

a) Inicialização da IHM, Figura 31;

Fonte: Autor

Figura 31 – Inicialização IHM

b) Informação ao usuário da frequência de operação do rádio para

transmissão de dados, Figura 32;

Fonte: Autor

Figura 32 – Informação da frequência de operação do rádio ao usuário – IHM

c) Informação para o usuário referente ao canal a ser selecionado no rádio

VHF, Figura 33;

Fonte: Autor

Figura 33 – Informação de canal do rádio VHF ao usuário - IHM

d) Instrução ao usuário para conexão da interface de ativação do PTT do

rádio na porta COM 5 do PC, Figura 34;

59

Fonte: Autor

Figura 34 – Informação de conexão da interface PTT ao PC – IHM

e) Informação ao usuário do início das instruções de configuração do

software MMTTY, Figura 35;

Fonte: Autor

Figura 35 – Inicio das configurações do software MMTTY – IHM

f) Instrução ao usuário referente ao demodulador a ser escolhido no software

MMTTY, Figura 36;

Fonte: Autor

Figura 36 – Instrução para seleção do demodulador – IHM

g) Instrução ao usuário referente a seleção das frequências dos parâmetros

Mark e Shift do software MMTTY, Figura 37;

Fonte: Autor

Figura 37 – Instrução para seleção das frequências de Mark e Shift – IHM

h) Instrução ao usuário referente a seleção das frequências dos comandos

BW e Av. do software MMTTY, Figura 38;

60

Fonte: Autor

Figura 38 – Instrução para seleção das frequências de BW e Av – IHM

i) Instrução ao usuário para conexão da IHM na porta COM 4 do PC, Figura

39:

Fonte: Autor

Figura 39 – Instrução para conexão da IHM a porta COM 4 do PC – IHM

j) Informação ao usuário do termino da inicialização da IHM, liberando a

mesma para receber dados do software MMTTY, Figura 40;

Fonte: Autor

Figura 40 – Informação de Inicialização Concluída – IHM

Após a inicialização e correta conexão ao PC, a IHM estará pronta para

receber dados do software MMTTY, os caracteres enviados pelo software a IHM são

“-“ e “=”. Ao receber o caractere “=“ do software, a IHM imprime em tela a informação

de recepção de dados. Ao receber o caractere “-” do software, a IHM imprime em

tela a informação de transmissão de dados. Nas Figuras 41 e 42 é possível

visualizar as duas exibições na IHM.

Fonte: Autor

Figura 41 – Informação do Status de Recepção – IHM

61

Fonte: Autor

Figura 42 – Informação do Status de Transmissão – IHM

4.3 ESPECIFICAÇÕES DO HARDWARE

O hardware foi desenhado e simulado no software Proteus®. Sua

implementação foi efetuada considerando estes parâmetros simulados.

4.3.1 Interface elétrica do PIC16F877

O PIC16F877 é alimentado com 5volts nos pinos 11 e 32, e os pinos 12 e 31

são aterrados ao GND. O microcontrolador foi configurado para usar clock externo

de 4 MHz, para evitar ruídos junto com o cristal foi adicionado dois capacitores

cerâmicos de 22pF aterrados. No pino 1 é usado um resistor de pull-up, que consiste

em aplicar 5v usando um resistor de 10K ohms para limitar a corrente. Como pode

ser visto na Figura 43.

Fonte: Autor

Figura 43 – Interface elétrica do PIC16F877

62

4.3.2 Interface elétrica do display LCD 16x2

O display LCD escolhido possui 16 colunas e duas linhas de caracteres, é do

fabricante Winstar® e seu modelo é WH1602A. Como pode ser visto na Figura 44, o

display é alimentado com 5volts no pino 2, e aterrado ao GND no pino 1. Este

modelo apresenta a possibilidade de trabalharmos com 8 ou4 bits de dados. Pelo

fato de usar um menor número de pinos do microcontrolador será usado a

comunicação por 4 bits. Os pinos de dados D4, D5, D6, D7, RS e E são conectados

nos pinos do microcontrolador D4, D5, D6, D7, D2 e D3 respectivamente. Os pinos

D0, D1, D2, D3 e RW são aterrados ao GND. O pino VEE é responsável por definir o

contraste do display e é conectado a um potenciômetro de 10K ohms que possibilita

esta regulagem. Ainda o pino 16 é alimentado e conectado a uma chave para ativar

ou desativar a luz de fundo do LCD.

Fonte: Autor

Figura 44 – Interface elétrica do Display LCD

63

4.3.3 Interface elétrica do circuito integrado MAX232

Para que seja possível o microcontrolador se comunicar com o PC, é

necessário a utilização de um circuito integrado que adéque os níveis dos sinais

entre os dois dispositivos, para tal é usado o MAX232.

Como é possível observar na Figura 45, a comunicação assíncrona do

microcontrolador é realizada nos pinos C6 (Tx) e C7 (Rx), os mesmos são

conectados aos pinos 11 (Tin) e 12(Rout) do MAX232. A comunicação feita entre o

MAX232 e o PC, é feita a partir dos pinos 10 (Tin) e 9 (Rout). Na ligação com o PC

os pinos Tx e Rx são invertidos, ficando o Tx do MAX232 ligado ao Rx do PC, pois o

Tx realiza o envio de dados e o Rx o recebimento de dados.

Para que o circuito integrado funcione corretamente é necessário que o

mesmo seja ligado a 4 capacitores eletrolíticos de 10uF. O primeiro interligando os

pinos 1 e 3, com o pólo negativo voltado para o pino 3, o segundo interligando o pino

4 e 5, com o pólo negativo voltado para o pino 5, o terceiro interligando o pino 2 à

5volts com o pólo negativo voltado para os 5volts, e o quarto ligando o pino 6 ao

GND, com o pólo negativo voltado para o 6.

Fonte: Autor

Figura 45 – Interface elétrica do circuito integrado MAX232

64

4.3.4 Interface elétrica do LED

Como pode ser visto na Figura 46, o LED vermelho é ligado em série com um

resistor de 1K ohms, e é ligado diretamente na alimentação de entrada do circuito

juntamente com um capacitor eletrolítico. O led é acionado quando o circuito é

energizado.

Fonte: Autor

Figura 46 – Interface elétrica LED

4.3.5 Interface elétrica da conexão do áudio de saída do PC para o rádio

Como a maioria dos rádios VHF possuem entrada de áudio com amplitude

máxima na ordem de 50 à 80 microvolts DC e muitos modelos não possuem controle

de ajuste da tensão de entrada, se faz necessário utilizar um divisor de tensão entre

a saída de áudio do PC e a entrada de áudio do rádio VHF. A saída de áudio padrão

das placas de som dos PCs fornece uma tensão de 5volts DC. Para reduzir esta

tensão a uma margem aceitável na entrada no rádio, foi utilizado um divisor de

tensão 100 para 1. O mesmo foi construído com 1 resistor de 10K ohms em série

com a saída de áudio do PC e um resistor de 100K ohms em paralelo com a saída

de áudio do PC. O plugue utilizado foi um plugue de áudio de 3.5mm.

Os terminais dos rádios VHFs podem mudar de fabricante para fabricante. O

tipo de terminal utilizado neste projeto foi o RJ-45, que possui 8 pinos, o pino 4 é

65

ligado ao GND e o pino 5 que é o pino de recepção de áudio é ligado ao pino 2 da

saída de áudio do PC. Como convenção, o pino 2 do plugue 3.5mm será o pino com

sinal de áudio e o pino 1 será o pino GND. O esquema elétrico da interface pode ser

visto na Figura 47:

Fonte: Autor

Figura 47 – Interface elétrica da conexão do áudio de saída do PC para o rádio

4.3.6 Interface elétrica da conexão do áudio de saída do rádio para o PC

A interface elétrica para conexão do áudio de saída do rádio para o PC é feita

simplesmente conectando o pino 3 do conector do rádio ao pino 2 da entrada de

áudio do PC. O plugue de conexão utilizado novamente foi o plugue de 3.5mm. O

esquema de conexão da interface pode ser visto na Figura 48:

Fonte: Autor

Figura 48 – Interface elétrica da conexão do áudio de saída do rádio para o PC

66

4.3.7 Interface elétrica para ativação do PTT

O acionamento do PTT (Push-to-talk) é feito através da saída RTS da porta

COM/Serial RS232 do PC. O software no momento da transmissão envia um sinal a

saída RTS, este sinal é composto de uma tensão continua de 6volts. Como o

acionamento do PTT no rádio é feito através do aterramento do pino 6 da entrada do

rádio, foi necessário construir um circuito para quando receber a tensão de saída

RTS, chavear o circuito GND ao pino 6 para acionamento do PTT.

Este circuito pode ser visto na Figura 49. Para realizar o chaveamento

descrito acima foi utilizado um transistor NPN, modelo BC547, onde a base do

transistor é ligada em série com um resistor de 1K ohm e com o pino 7 (RTS) do

conector fêmea RS232. O emissor do transistor foi ligado ao GND e o coletor ligado

no pino 6 da entrada do rádio (pino de acionamento do PTT).

Fonte: Autor

Figura 49 – Interface elétrica para ativação do PTT

67

5 IMPLEMENTAÇÃO

Neste capitulo será descrito as técnicas e ferramentas utilizadas no

desenvolvimento do software, do hardware e dos testes realizados.

Em relação ao software, serão apresentados trechos do código fonte

desenvolvido para a IHM especificando as técnicas de programação utilizadas, a

configuração dos parâmetros para utilização do software MMTTY e sua

personalização para o uso em aeronaves.

Em relação ao hardware, serão demonstradas as ferramentas utilizadas na

construção estrutural e elétrica do protótipo da IHM, das interfaces de ativação de

comandos e comunicação utilizadas entre o rádio VHF e o PC e os materiais

utilizados.

5.1 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE DA IHM

A implementação do sistema embarcado da IHM, foi realizada na linguagem

de programação C, usando o compilador PCW C Compiler®. A gravação do

microcontrolador foi realizada utilizando o módulo Picburner USB®, este módulo é

conectado via USB ao PC. O módulo Picburner USB® trabalha em parceria com o

programa US-Burn®, este programa carrega o arquivo hexadecimal gerado pelo

compilador e grava o mesmo no microcontrolador.

O sistema da IHM foi desenvolvido especificamente para o microcontrolador

PIC16F877. No desenvolvimento do software foram utilizados os seguintes recursos

do microcontrolador.

a) Interrupção interna #int_rda, recebimento de dados RS-232;

b) Comunicação serial RS-232;

c) Comunicação paralela com o display LCD.;

68

5.1.1 Comunicação serial RS-232 com o PC

O microcontrolador PIC16F877 possui um canal de comunicação assíncrona

nativo, para que seja possível o programa utilizar o canal serial é necessário rodar

uma rotina de inicialização. Nesta rotina é definido qual será a velocidade da

comunicação, se será utilizado bit de paridade, quais pinos do microcontrolador

serão usados, e de quantos bits será a comunicação. A rotina da função de

inicialização pode ser vista abaixo:

#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8);

Para receber dados via serial o sistema fica sempre monitorando a

interrupção #int_rda, esta interrupção pausa os processos do microcontrolador para

colher os dados que chegam ao canal serial.

5.1.2 Comunicação paralela com o display LCD

A comunicação com o display é feita com apenas 4 bits e os pinos Enable e

Register Select. Quando o LCD é ligado é necessário rodar uma rotina de

inicialização, esta rotina ira definir o modo de funcionamento do mesmo.

Para escrever dados no LCD é necessário enviar as informações em 2

pacotes de 4 bits. Primeiramente é necessário escolher no Register Select se a

informação que está sendo enviada é dados ou instrução, deixando este pino em

nível alto ou baixo respectivamente. Quando o barramento está carregado com uma

informação a ser enviada é necessário dar um pulso no Enable, para que o LCD leia

as informações presentes no barramento.

5.1.3 Funcionamento do software embarcado na IHM

O algoritmo implementado na IHM pode ser visto abaixo na Figura 50.

69

#include <ESCREVE LCD.h> #include <DRIVE_LCD_KS0066.c>

#int_RDA

void RDA_isr(void) { carac = rxreg;

}

void main()

{ inicializa_microcontrolador();

inicializa_lcd(); PRINTF(escreve_lcd,"\$ DATALINK RTTY \nINICIALIZANDO..."); delay_ms(3000);

PRINTF(escreve_lcd,"\$OPERE ENTRE(MHz)\n118.00 A 136.975"); delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$UTILIZE O CANAL \n4 DO RADIO VHF");

delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$CONECTE O PTT A \nPORTA COM5 DO PC"); delay_ms(2000);

PRINTF(escreve_lcd,"\$CONFIGURACOES DO \nSOFTWARE MMTTY:> "); delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$DEMODULADOR: \nFIXE EM (IIR)");

delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$MARK: 2125 Hz \nSHIFT: 170 Hz "); delay_ms(2000);

PRINTF(escreve_lcd,"\$BW: 60 Hz \nAV: 70 Hz"); delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$CONECTE ESTE A \nPORTA COM4 DO PC");

delay_ms(2000); PRINTF(escreve_lcd,"\$INICIALIZACAO \nCONCLUIDA"); delay_ms(2000);

PRINTF(escreve_lcd,"\$"); while (TRUE)

{ IF (carac!=255) {

IF (carac=='-') { PRINTF(escreve_lcd,"\$ TRANSMITINDO \n DADOS ");

carac=255; }else IF (carac==171)

{ carac=32; PRINTF(escreve_lcd,"\b");

PRINTF(escreve_lcd,"%c",carac); PRINTF(escreve_lcd,"\b"); carac=255;

}else IF (carac=='=') {

PRINTF(escreve_lcd,"\$ RECEBENDO \n DADOS "); carac=255; }else

{ PRINTF(escreve_lcd,"%c",carac); carac=255;

} }

} }

Fonte: Autor

Figura 50– Algoritmo IHM

70

Após inicializar a IHM, o sistema informará automaticamente e em sequência

ao usuário, através do display LCD as seguintes informações.

a) DATALINK RTTY INICIALIZANDO;

b) OPERE ENTRE (MHZ) 118.00 A 136.975;

c) UTILIZE O CANAL 4 DO RADIO VHF;

d) CONFIGURAÇÕES DO SOFTWARE MMTTY:>;

e) DEMODULADOR: FIXE EM (IIR);

f) MARK: 2125 Hz SHIFT: 170 Hz;

g) BW: 60 Hz AV: 70 Hz;

h) CONECTE ESTE A PORTA COM4 DO PC;

i) INICIALIZAÇÃO CONCLUIDA;

Após estas etapas o sistema está pronto para receber dados, as

configurações implementadas foram para:

a) Quando receber o caractere “ = “, escreva em tela “ RECEBENDO

DADOS”;

b) Quando receber o caractere “ – “, escreva em tela “ TRANSMITINDO

DADOS ”;

c) Quando receber qualquer outro caractere, imprima os caracteres

recebidos em tela;

5.2 IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE MMTTY

O software MMTTY foi adquirido em sua versão 1.65D através do portal

http://www.hamsoft.ca/.

Uma das grandes vantagens da manipulação do software foi sua fácil

instalação, pois não necessitou de configurações avançadas para instalação e é

perfeitamente compatível com a maioria dos sistemas operacionais da plataforma

Microsoft Windows®.

71

Outra grande vantagem do software MMTTY é que as configurações de

operação ideal já vem pré fixadas no programa, o que para o usuário, acaba se

tornando uma comodidade na configuração dos parâmetros.

O software MMTTY possui uma vasta gama de configurações para ajustes,

este elevado número de configurações é disponibilizada, pois seu grande potencial é

trabalhar com o recebimento de dados “as cegas”, ou seja, receber dados na

modalidade RTTY sem saber quais foram os parâmetros configurados no software

transmissor.

O processo de configuração dos componentes do software para implantação

do sistema datalink foram definidos com praticidade, pois como se trata de um

sistema fechado, os parâmetros do software transmissor e de recebimento de dados

eram conhecidos e foram “igualados”, situação esta exigida pelo software para

funcionamento correto.

As configurações foram efetuadas após testes de comunicação entre dois

computadores, podendo encontrar assim as faixas de operação do software que

atendessem as necessidades do enlace de dados. Após os testes entre

computadores, foram efetuados testes utilizando o enlace entre Rádios VHF. O

equipamento de rádio utilizado para testes foi o rádio do fabricante Motorola®,

modelo GM-300.

5.2.1 Personalização da tela principal

Uma visão geral da tela principal do software com as personalizações para o

uso em aeronaves pode ser vista na Figura 51.

72


Figura 51– Tela principal personalizada - MMTTY

5.2.2 Configurações de visualização

As opções do menu View do software que foram selecionadas, podem ser

vistas na Figura 52 e estão descritas abaixo:

a) Control Panel, para mostrar a visualização do menu de controle na tela

principal;

b) Macro Buttons, para mostrar a visualização do menu de macros na tela

principal;

c) FFT Display, para mostrar o display FFT ao lado direito da tela principal, junto

com o display watterfall;

d) FFT Width setado em Auto, para amostragem de frequência automática na

criação do gráfico FFT;

e) FFT Sensivity setado em Highest, para sensibilidade máxima das

frequências na criação do gráfico FFT;

73

f) XY Scope, para mostrar na tela o visor de elipses cruzadas para sintonia do

sinal RTTY;

g) XY Scope size setado em Big, mostra o gráfico das elipses cruzadas em

tamanho grande na tela principal;

h) XY Scope Quality setado em Highest, para sensibilidade máxima das

freqüências na criação do gráfico de elipses cruzadas;


Figura 52– Personalização do menu View – MMTTY

5.2.3 Configurações de operação

As configurações de operação foram definidas através do menu Option do

software.

Para um correto nível de modulação da portadora do rádio VHF, a amplitude

do sinal de áudio transmitido pela placa de som do PC não deve ser muito baixa,

pois acarreta em grande número de erros, falhas na mensagem e até mesmo o não

recebimento de dados pelo software ao qual foi encaminhada a mensagem. A

amplitude do sinal de áudio também não deve ser muito elevada, pois pode

acarretar no saturamento da onda portadora do rádio VHF, ocasionando os mesmos

problemas criados pelo sinal de baixa amplitude.

74

Portanto, a configuração dos níveis de saída e entrada (microfone) de áudio

da placa de som do PC, devem ser selecionados entre 40 e 60% da amplitude

máxima. Estes valores podem ser alterados nos botões “Soundcard output level”,

“Soundcard input level”, ou ainda nos controles proporcionados pelo sistema

operacional do PC.

A opção de envio dos dados inseridos no software foi configurada através da

opção “Way to send”, a qual foi setada para “Line out”. Esta opção proporciona ao

usuário primeiramente inserir a palavra, frase ou texto completo, e somente após

pressionar o botão TX, a mensagem irá ser enviada.

Os rádios VHF geralmente pela sua alta potência de saída tendem a aquecer

excessivamente, podendo ocasionar dano a componentes e falhas de

funcionamento. Por este motivo se faz necessário limitar sua transmissão a curtos

períodos de tempo. Para controle do tempo de ativação do PTT (Push to talk) do

rádio VHF, o qual ativa seu transmissor, o software disponibiliza a opção PTT Timer,

a qual foi configurada para parada de transmissão em 60 segundos.

A Figura 53 ilustra as configurações descritas acima.


Figura 53– Personalização do menu Option – MMTTY

75

5.2.3.1 Configurações de operação – Setup MMTTY

A aba Setup MMTTY, localizada no menu Options do software, é o meio ao

qual o usuário tem acesso e controle aos parâmetros de operação e personalização

do software. As definições feitas neste Setup são refletidas em diversos campos da

tela inicial e principal do software, portanto as configurações da tela principal já

estarão sendo abrangidas no detalhamento deste.

Algumas das opções deste Setup foram mantidas conforme pré definição pelo

desenvolvedor do software. Elas já estão devidamente selecionadas e configuradas

para prover a eficiência e confiabilidade máximas necessárias para seu perfeito

funcionamento, portanto não necessitam de alterações.

Os parâmetros que necessitaram de ajustes ou correspondiam a funções que

não se adequaram ao funcionamento do sistema datalink proposto, foram

modificados e correspondem as abas Demodulator (Demodulação), Decode

(Decodificação), TX (Transmissão) e Misc (Diversos). As especificações

implementadas são:

a) Demodulator: A escolha do tipo de discriminador foi pelo ressonador IIR

(Infinite Impulse Response filter), o qual se demonstrou mais estável e

proporcionou maior confiabilidade na recepção dos dados. Suas

características de demodulação foram mantidas com os valores padrões de

uso em RTTY, Mark (Marca) em 2125 Hz, Shift (Desvio de frequência) em

170 Hz e BW (Largura de banda) em 60 Hz. O limite de amplificação do

demodulador foi definido em AGC, o qual realiza o controle automático de

ganho do sinal de entrada, a fim de reconstruir integralmente o mesmo. A

“suavização” do filtro passa baixa (smooth LPF) foi definida pelo circuito IIR

de ordem 5 com frequência de corte em 45 Hz, a configuração da frequência

de corte é predefinida pelo software. Os parâmetros dos pré filtros de passa

baixa e notch foram mantidos conforme definição do software. A definição de

frequência de Marca e Shift default “padrão” de funcionamento do software

foram introduzidas no campo HAM Default como 2125 Hz e 170Hz

respectivamente. As configurações de demodulação podem ser vistas na

Figura 54.

76


Figura 54 – Configurações de demodulação – Setup MMTTY

b) Decode: A taxa de transmissão do decodificador foi definida em 45 bauds (60

palavras por minuito), configurações acima deste valor se mostraram

ineficientes no envio da informação, devido à alta velocidade na transmissão,

o que acarretou perca de mensagens. Para evitar a chegada de erros nas

mensagens foi habilitada a opção de Majority logic (Lógica Majoritária), a qual

adiciona pulsos de sincronismo para cada mudança de estado dos dados

recebidos e enviados. As configurações de comprimento de bit, bit de parada,

paridade, bit padrão de parada no recebimento e código Baudot foram

mantidas conforme padronização do software e podem ser vistas na Figura

55.

77


Figura 55 – Configurações de decodificação – Setup MMTTY

c) TX: Definido o UOS (Unshift On Space) como ativo, a ativação da função

UOS permite ao software nos casos de perca de estado durante a

decodificação de caracteres, se deslocar para a posição de recebimento de

letras, que é o tipo de caractere mais utilizado. Definido a porta de comando

do PTT como a porta COM5, no momento do início da transmissão de dados

o software envia um comando ao pino RTS da porta COM para ativar o

acionamento do PTT. Definido os comandos de rádio para a porta COM4,

como o comando de rádio não será necessário, esta opção foi personalizada

para comunicação com a IHM, onde os dados de configuração da porta serial

foram selecionados conforme o padrão de inicialização da interface serial da

IHM. Os comandos de Init(Inicio), Rx (Recebimento) e Tx(Transmissão) foram

preenchidos com os caracteres de comando de recebimento e transmissão da

IHM. Como o status inicial do software é sempre em recepção, o comando Init

e Rx recebem o caractere “ = “, o qual imprime na IHM a informação de

recepção, já o comando TX recebeu o caractere “-“, que imprime na IHM a

informação de transmissão. Os comandos adjacentes da janela de comando

do rádio foram desabilitados. As definições dos botões de macro, callsign e de

entrada (Input Button) foram personalizadas para o uso em aeronaves e

78

contém pré-definidas frases e palavras prontas para facilitar o uso do software

pelo usuário. Os comandos adjacentes da janela de transmissão foram

mantidos como o padrão fornecido pelo software. As Figuras 56, 57, 58 e 59

ilustram respectivamente as telas de transmissão, comunicação entre o

software e a IHM, Input Buttons e Macros com as configurações acima

citadas.


Figura 56 – Configurações de transmissão – Setup MMTTY


Figura 57 – Configurações de comunicação MMTTY x IHM – Setup MMTTY

79


Figura 58 – Personalização de Macros (Input Button) – Setup MMTTY


Figura 59– Personalização de Macros (Macro) – Setup MMTTY

A função de cada um dos botões de macro e input button foram

personalizadas selecionando cada botão no Setup MMTTY, estas definições podem

ser alteradas pelo usuário mais facilmente através da tela principal, onde quando

selecionados com o botão direito do mouse os botões de macro e input Button

ficarão disponíveis assim como na tela de configuração do Setup. As funções dos

botões personalizados são as seguintes:

Identificador: Envia o código de identificação da aeronave;

Latitude: Envia a palavra “LATITUDE: “;

Longitude: envia a palavra “LONGITUDE: “;

Altitude: envia a palavra “ALTITUDE :”;

Velocidade: envia a palavra “VELOCIDADE :”;

Plano de vôo: envia a palavra “PLANO DE VOO: ”;

Combustível: envia a frase “QUANTIDADE DE COMBUSTIVEL ATUAL”;

Meteorologia: envia a frase “SOLICITANDO INFORMACAO DAS

CONDICOES METEOROLOGICAS PARA ROTA: “;

Aut. Decolagem: envia a frase “SOLICITANDO AUTORIZAÇÃO PARA

DECOLAGEM”;

Aut. Pouso: envia a frase “SOLICITANDO AUTORIZACAO PARA POUSO”;

Mudança Rota: envia a frase “SOLICITANDO MUDANÇA DE ROTA PARA: “;

Repetir Msg: envia a frase “REPITA A MENSAGEM”;

80

Frequência: envia a frase: “SOLICITANDO MUDANÇA DE FREQUENCIA

PARA: ”;

Msg. Recebida: envia a frase: “MENSAGEM RECEBIDA”;

Conf. Envio: envia a frase: “CONFIRME ENVIO DE MENSAGEM.”;

Emergência: envia a frase: “ DECLARANDO EMERGENCIA”;

Positivo: imprime na tela de envio a palavra: “POSITIVO”;

Negativo: imprime na tela de envio a palavra: “NEGATIVO”;

Msg. com erros: imprime na tela de envio a frase: “AS MENSAGENS ESTAO

SENDO RECEBIDAS COM ERROS, CONFIRME O ENVIO DESTE.”;

Msg. Corretas: imprime na tela de envio a frase “AS MENSAGENS ESTAO

SENDO RECEBIDAS CORRETAMENTE, CONFIRME O ENVIO DESTE.”;

d) Misc: As configurações da tela Misc (diversos) foram mantidas com as

configurações padrões do software, com exceção da fonte de áudio utilizada,

a qual foi definida como Mono para fazer o envio das informações através de

um único canal de áudio na saída da placa de som do PC. A Figura 60 ilustra

as configurações acima citadas;


Figura 60 – Configurações Diversas – Setup MMTTY

81

Para o funcionamento ideal do sistema datalink, todas as configurações acima

citadas deverão ser iguais, tanto para o software MMTTY que será usado na

aeronave, quanto para o software MMTTY que será utilizado pela estação em solo.

Apesar de poderem ser modificados a qualquer momento, a personalização

dos macros foi implementada para facilitar o uso do software MMTTY nas

aeronaves. Para a estação em solo os botões de macro ficaram sem personalização

devido a grande quantidade de avisos, mensagens e palavras que podem ser

armazenadas, desta forma o operador em solo poderá adequar o software para seu

uso com os dados que achar mais conveniente a seu uso.

Os botões de ativação na tela principal SQ(squelch), not. (filtro notch) e BPF

(filtro passa banda) deverão permanecer ativados, melhorando assim as condições

de filtragem do sinal recebido. A barra de squelch deverá ser mantida com as

configurações padrões do software, o qual a limita a 80% da amplitude máxima,

impedindo assim que a chegada de sinais fracos sejam decodificados

incorretamente, o que acarretará a impressão de erros na mensagem recebida.

Após a finalização da implementação das configurações, foi salvo o arquivo

“Configuração MMTTY – Datalink. pro” utilizando a guia Profile - Save to file. As

únicas configurações que não são armazenadas no profile são as personalizações

dos macros. O arquivo armazenado poderá ser carregado na guia Profile – Load

from file, este procedimento irá carregar no software MMTTY as configurações

salvas no arquivo, facilitando assim as definições quando necessária nova

instalação do software, alteração indevida das configurações já salvas ou instalação

em outro PC.

Uma visão geral da tela do software com as configurações finais

implementadas e com a sinalização da posição do cursor do squelch pode ser vista

na Figura 61.

82


Figura 61 – Personalização final e barra do squelch – MMTTY

5.3 IMPLEMENTAÇÃO DO HARDWARE

O desenvolvimento dos circuitos elétricos da IHM e das interfaces de

comunicação e ativação de comandos entre o rádio e o PC, foram primeiramente

realizados em ambiente simulado utilizando o programa Proteus® e posteriormente

manufaturados conforme o projeto.

Os seguintes materiais foram utilizados:

Display LCD 16x2;

Resistores diversos de ¼ Watt;

Led Vermelho 5mm;

Capacitores Eletroliticos de 10uF / 50V;

Cristal de 4mhz;

Microcontrolador PIC16F877

Soquete torneado 40 pinos para microcontrolador;

Capacitores cerâmicos de 22pF;

83

Barra de pinos;

Trimpot 10k ohms;

Circuito Integrado MAX232;

Placa de protótipo perfurada;

Cabos blindados de 6 vias;

Conectores fêmea e macho RS-232;

Flat Cables;

Conectores RJ-45;

Cabos de áudio blindados;

Transistor NPN BC547;

O protótipo da IHM foi manufaturado em duas unidades, sendo uma para o

uso na aeronave e a outra para o operador da estação no solo. A fim de facilitar os

controles do usuário, o protótipo foi acondicionado em um envoltório plástico, ao

qual foram adicionados botões para ligar e desligar o módulo, ligar e desligar a luz

de fundo do LCD e controle de contraste. Foi adicionado também um conector RS-

232 fêmea e conector para alimentação 5volts DC.

O protótipo da IHM finalizado pode ser visto na Figura 62 e 63

respectivamente.

Fonte: Autor

Figura 62 – Protótipo IHM – Interior

84

Fonte: Autor

Figura 63 – Protótipo IHM – Exterior

Os circuitos de entrada e saída do rádio, ativação do PTT, saída e entrada de

áudio do PC foram manufaturados em uma única placa para facilitar o uso pelo

operador. Todos os cabos utilizados na construção da interface são blindados para

evitar interferência de rádio freqüência, o que poderia deixar o sinal ruidoso. O

circuito de ativação do PTT pode ser visto em separado na Figura 64, e a interface

completa com as entradas do rádio, ativação do PTT, saída e entrada de áudio do

PC podem ser visualizadas na Figura 65.

Fonte: Autor

Figura 64 – Circuito de ativação do PTT

85

Fonte: Autor

Figura 65 – Interface Entrada/saída do Rádio x Saída e entrada de áudio PC + PTT

A montagem e fabricação de todos os elementos foram feitas a mão utilizando

ferramentas e equipamentos simples e de uso comum. Nenhum processo foi

industrializado.

O custo total dos materiais para cada IHM foi de R$ 95,00 (noventa e cinco

reais) e o custo total das interfaces de comunicação entre o PC e o rádio VHF foi de

R$ 30,00 (trinta reais). Ainda foi necessário adquirir cabos conversores USB x Serial,

pois os computadores atuais na sua maioria não possuem portas seriais, somente

USB. O custo de cada cabo foi de R$ 40,00 (quarenta reais) e para cada sistema

datalink foram utilizados dois cabos.

Portanto, o custo total para fabricação do sistema datalink foi de R$ 205,00

(duzentos e cinquenta reais).

5.4 TESTES

Os testes simulados foram realizados utilizando dois notebooks da fabricante

Hewlett-Packard®, dois rádios VHF do fabricante Motorola®, modelo GM-300, dois

cabos conversores USB x serial modelo 9037 do fabricante COMTAC® e duas

antenas para VHF.

Importante ressaltar o uso do rádio Motorola GM-300, a única característica

que diferencia este rádio em comparativo a um rádio de uso aeronáutico é sua faixa

de frequência de operação, porém ainda esta dentro da faixa de frequências VHF. O

86

uso, portanto do rádio VHF Motorola® GM-300 foi considerado como totalmente

compatível quanto as suas características para operação dos testes do sistema

datalink.

O software MMTTY foi instalado no sistema operacional dos dois notebooks,

sendo um Microsoft® Windows XP e o outro Microsoft® Windows Seven e foram

carregadas as configurações do arquivo “Configuração MMTTY – Datalink.pro” no

software. Os rádios VHF foram alimentados com 12volts e sintonizados no canal 4, o

qual referencia a frequência de 157.950 MHz.

O esquema de conexões e a concepção do sistema datalink pode ser

visualizado na Figura 66.

Fonte: Autor

Figura 66 – Sistema Datalink

Após as conexões físicas dos equipamentos terminadas, foram efetuados

vinte testes, dez de transmissão de dados e dez de recepção de dados através do

software MMTTY. Os testes foram realizados mantendo uma unidade do sistema

datalink (simulando a unidade da aeronave), realizando o enlace de dados com a

87

segunda unidade do sistema datalink (simulando a estação base em solo). Em dez

dos vinte testes efetuados o sistema foi posicionado próximo para a transmissão e

recepção de dados, e em dez testes foi embarcado em um veículo que possuía

sistema VHF de radiocomunicação e feito o enlace a uma distância de

aproximadamente 10 Km.

88

6 RESULTADOS

Os circuitos elétricos da IHM e das interfaces de comunicação entre o

notebook e o rádio se comportaram com estabilidade, sendo que em nenhum dos

testes efetuados o sistema apresentou falhas.

O software MMTTY se mostrou altamente eficaz na recepção e transmissão

dos dados, dando total controle e visualização ao usuário dos sinais e mensagens

recebidas e enviadas, o software se comportou conforme o esperado e dentro dos

parâmetros configurados. A estabilidade do sistema foi considerada um ponto forte,

sendo que em nenhum dos testes, mesmo com grandes períodos de tempo em

funcionamento, apresentou travamento ou reduziu a capacidade de processamento

do notebook, podendo ser utilizado paralelamente com diversas outras aplicações

em funcionamento no sistema operacional.

A ativação e desativação do PTT do rádio pelo software MMTTY, foi iniciada

em todos os testes imediatamente após a seleção para transmissão dos dados e

após o termino da transmissão, em nenhum dos testes o sistema apresentou falhas.

O software da IHM quanto ao seu funcionamento e velocidade de atualização

dos dados na tela funcionou conforme o projeto, a IHM nos processos de

inicialização demonstrou conforme esperado uma latência maior em apresentar os

dados de informação ao usuário, quando foi conectada durante este processo ao

notebook com o software MMTTY inicializado. Esta latência ocorre, pois quando

conectada nestas condições ao notebook, o software envia um comando para

atualização de status em tela, como a IHM ainda esta processando os dados de

informação ao usuário, o sistema ira processar os 2 comandos ao mesmo tempo.

Apesar de não ser uma característica que ira gerar falhas ao sistema, somente

lentidão até terminar a inicialização, a indicação de primeiramente inicializar a IHM e

após conectar ao micro é uma pratica que deve ser seguida conforme comprovado

nos testes.

O sistema datalink com todos os seus componente interligados demonstrou

alta confiabilidade, praticidade e foi capaz de transitar dados textuais codificados

entre os enlaces de rádio efetuados, atingindo assim êxito total no propósito da

transmissão de dados através de um equipamento rádio VHF.

89

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho apresentou o desenvolvimento de um sistema datalink, que tem

como incumbência realizar a transmissão de dados através da utilização de um rádio

VHF, e de um protótipo para informação ao usuário dos parâmetros do sistema e

visualização do status de transmissão ou recebimento de dados. Considerando os

objetivos propostos, todos foram plenamente atingidos.

O sistema datalink desenvolvido cumpriu com as necessidades de transitar

dados em tempo real com completa segurança e confiabilidade, teve baixo custo de

manufatura e possui interface fácil e intuitiva ao usuário. Considerando o êxito total

no desenvolvimento do sistema datalink e dos testes simulados, sua aplicação para

aeronaves de pequeno porte vem como um grande diferencial e opção para

melhorar a segurança e prover um meio de comunicação mais robusto que as

comunicações por voz, entre as companhias aéreas e suas aeronaves, e para a

utilização de usuários hobistas em aviação.

O padrão de funcionamento do sistema datalink desenvolvido ainda

proporciona que seja implementado em outros meios que utilizem comunicação

VHF, como veículos, embarcações, comunicação ponto a ponto por empresas, etc...

Como sugestão para trabalhos futuros:

A implementação de um teclado na IHM, com funções pré definidas em cada

tecla para envio de mensagens, otimizando uso do sistema datalink;

A substituição do uso de um PC para manipulação do software por um

dispositivo menor, como celulares, pda’s, tablets, etc..., proporcionando assim

maximização de espaço e peso, condições importantes em aeronaves;

A implementação de novo software capaz de transitar dados como imagens,

vídeos e informações gráficas como um todo;

A utilização de outra modalidade digital para transmissão dos dados;

A adição de ferramentas de criptografia, proporcionando maior segurança na

veiculação de mensagens;

A utilização de um Processador DSP no lugar do PIC16F877;

90

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TCC - Implantação de um Datalink para Aeronaves de Pequeno Porte

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