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A utiliza¸c˜ao do protocolo de rede sem fio 802.11b atrav´es de um cart˜ao Compact Flash para o desenvolvimento dos trabalhos com o sistema de monitoramento remoto consome cerca de 300mA quando est´a transmitindo [Cyl04]. Sendo assim ´e necess´ario a implementa¸c˜ao de t´ecnicas para gerenciamento de energia para redu¸c˜ao do consumo de energia no pro- jeto Monitor Card´ıaco. Estudos mostram que com o gerenciamento de energia ´e poss´ıvel economizar at´e 50% de energia [YHL00].
Na literatura muito tem-se pesquisado em rela¸c˜ao a sistemas de gerenciamento de ener- gia para sistemas embutidos principalmente porque a maioria deles opera com alimenta¸c˜ao proveniente de baterias. Em rela¸c˜ao ao hardware, cada vez mais tem sido pesquisados
e testados combina¸c˜oes de elementos qu´ımicos que possam prolongar a vida ´util de uma
bateria. Uma procura grande por circuitos de baixo consumo tamb´em tem sido observada. Como o circuito de monitoramento remoto se encontra com o hardware projetado o
que nos resta a fazer em rela¸c˜ao ao hardware s˜ao escolher baterias com boa vida ´util
no que diz respeito ao hardware e usufruir dos recursos e caracter´ısticas de software do microcontrolador para se implementar um sistema de gerenciamento de energia.
Os sistemas de gerenciamento de energia podem ser classificados em est´aticos e dinˆamicos [YHL01]. Os sistemas est´aticos de gerenciamento de energia s˜ao na maioria das vezes
aplicados durante o desenvolvimento do sistema enquanto que os sistemas dinˆamicos s˜ao
aplicados em tempo real enquanto os sistemas est˜ao com pouca carga de trabalho ou est˜ao ociosos.
Os sistemas de gerenciamento de energia possuem diferentes estados de opera¸c˜ao de- nominados de acordo com o seu consumo de energia. De maneira geral pode-se classificar os sistemas em rela¸c˜ao ao seu consumo de energia de acordo com o seguinte:
2. Stand By - o sistema opera com algumas funcionalidades principais tais como timers e interrup¸c˜oes mas n˜ao consome tanto. Possui funcionalidade limitada;
3. Power Down ou modo Sleep - o sistema consome pouca energia e geralmente possui somente o rel´ogio de tempo real funcionando. Ele s´o ´e “acordado” por meio de interrup¸c˜ao ou reset por exemplo.
A maioria das t´ecnicas estudadas dizem respeito ao tipo de pol´ıtica de gerenciamento de energia que ´e adotada. A pol´ıtica de gerenciamento ´e a lei de controle adotada pelo geren- ciador de energia para decidir sobre o estado de opera¸c˜ao do sistema [uBM99]. O pr´oprio padr˜ao 802.11 possui uma pol´ıtica de gerenciamento de energia embutida no protocolo. Este padr˜ao requer que o ponto de acesso AP envie um sinalizador (beacon) a cada 100ms seguido de um mapa de indica¸c˜ao de tr´afego (TIM ). Cada cart˜ao que desejar comunicar precisa ativamente escutar pelo sinalizador para saber se existe algum dado destinado a ele. Se n˜ao ´e necess´ario transmitir nem receber ent˜ao o cart˜ao pode ir para o estado de baixo consumo (Doze) at´e o pr´oximo sinalizador.
Em [SVGM00] foram combinados novos algoritmos de gerenciamento e controle de energia para reduzir o consumo de um cart˜ao de rede sem fio. O gerenciamento de energia reduz o consumo seletivamente colocando o cart˜ao em estados de menor consumo quando
o usu´ario n˜ao est´a ativamente comunicando com o cart˜ao. O Controle de energia reduz o
n´ıvel que o cart˜ao transmite enquanto mant´em a mesma performance. Desta forma este trabalho procurou reduzir o consumo de potˆencia nos modos de opera¸c˜ao ativo e ocioso do cart˜ao.
Outra t´ecnica tamb´em utilizada para reduzir o consumo dos dispositivos embutidos ´e
a denominada de DVS (Dynamic Voltage Scaling) [SBA+01]. Esta t´ecnica consiste em
mudar a velocidade e a tens˜ao de alimenta¸c˜ao do processador durante o tempo de ex- ecu¸c˜ao do programa de acordo com as necessidades da aplica¸c˜ao que est´a rodando. Para a implementa¸c˜ao desta t´ecnica ´e necess´ario que o processador ou microcontrolador suporte mudan¸cas de velocidade e tens˜ao de alimenta¸c˜ao em tempo real. Em [IM02] s˜ao apresen- tados v´arios conceitos ligados ao gerenciamento dinˆamico de energia incluindo a t´ecnica DVS e tamb´em s˜ao citados alguns exemplos de aplica¸c˜ao baseados em diferentes pol´ıticas de gerenciamento.
Quando o tempo de transi¸c˜ao entre os estados de opera¸c˜ao ´e instantˆaneo, a pol´ıtica de gerenciamento de energia ´e trivial: os recursos devem ser desligados assim que se tornarem ociosos. Em alguns casos, a transi¸c˜ao para o estado de baixo consumo ´e cara em termos de tempo e energia. No caso dos discos r´ıgidos (HDD’s), por exemplo, transi¸c˜oes do estado sleep para o estado ativo s˜ao um processo lento e de alto consumo uma vez que o disco precisa ser acelerado at´e uma alta velocidade. Quando estas transi¸c˜oes s˜ao lentas, o prob- lema da otimiza¸c˜ao da pol´ıtica de gerenciamento de energia torna-se n˜ao trivial e pol´ıticas efetivas que miniminizam o consumo sem comprometer a performance s˜ao necess´arias.
Na aplica¸c˜ao desenvolvida em [Cyl04] foi implementado um circuito para desligar a alimenta¸c˜ao do cart˜ao Compact Flash de uma interface de rede sem fio 802.11b quando esta n˜ao estivesse sendo utilizada. A implementa¸c˜ao do software otimizou a economia
de energia colocando o microcontrolador em modo Sleep somente permitindo a coleta de dados do conversor Anal´ogico-Digital interno. Quando ´e desejado o envio de email com os dados, o software verifica se existe energia suficiente para a comunica¸c˜ao WI-FI. Caso exista, a alimenta¸c˜ao da interface Compact Flash ´e ligada, o cart˜ao ´e resetado e configurado para envio do email. Atrav´es de todas estas t´ecnicas foi poss´ıvel permitir que a aplica¸c˜ao conseguisse funcionar de maneira autˆonoma com a energia para alimenta¸c˜ao do circuito proveniente apenas de paineis solares e bateria.
Cap´ıtulo 4
Implementa¸c˜ao do Sistema de
Monitoramento Remoto de Pacientes
Este cap´ıtulo apresenta as implementa¸c˜oes que foram necess´arias para que o hardware do Monitor Card´ıaco fosse transformado para atender os pr´e requisitos de projeto. Estas transforma¸c˜oes compreenderam algumas mudan¸cas f´ısicas no hardware do projeto. Em rela¸c˜ao ao software foi desenvolvido um driver de dispositivo (Device Driver ) para o cart˜ao Compact Flash que implementa uma interface de rede sem fio no padr˜ao 802.11b, uma pilha TCP/IP apropriada para o microcontrolador utilizado foi adaptada e aplica¸c˜oes para esta pilha foram tamb´em adaptadas para atender ao requisito de comunica¸c˜ao com a internet. Em rela¸c˜ao ao gerenciamento de energia, t´ecnicas de software s˜ao mostradas e implementadas para garantir que o sistema funcione com maior autonomia permitindo maior continuidade na coleta dos dados.