Sistema projetado com Arduino para monitorar temperatura dentro de caminhões frigoríficos. Tem a finalidade de armazenar as medições em cartão SD card e através de software de planilhas gerar os gráficos para análise

1. Abstract - This project is to document graphically the thermal
variation in a given period, using LM335 temperature sensor,
Arduino platform and SD memory.
Key words - Arduino, Chart, monitoring, temperature.
Resumo - Este projeto consiste em documentar em gráfico, a
variação térmica ocorrida em um determinado período, utilizando
sensor de temperatura LM335, plataforma Arduino e memória
SD.
Palavras chave - Arduino, Gráfico, Monitoramento,
Temperatura.
I. INTRODUÇÃO
Os processos que envolvem monitoramento de temperatura,
tem por objetivo efetuar o seu controle, onde é fundamental o
conhecimento prévio a respeito de seu comportamento. Por este
motivo, deve-se registrar sua variação ao longo do tempo, de
forma a facilitar a tomada de decisões referentes as questões
pertinentes.
No presente trabalho, é tratado o transporte de cargas, como
determinados tipos alimentos, medicamentos e outras que
devem ser mantidos sob refrigeração. Para isto é fundamental
que haja garantia por parte da transportadora de que as
condições ideais de temperatura foram mantidas. Isto assegura
o cliente de não ter que assumir a responsabilidade referente
problemas relacionados ao consumo das mesmas.
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA),
determina por meio da Resolução número 216, de 15 de
setembro de 2004 através do disposto sobre Regulamento de
Boas Práticas Para Serviços de Alimentação no item 4.9.2 que:
“O armazenamento e o transporte do alimento preparado, da
distribuição até a entrega ao consumo, deve ocorrer em
condições de tempo e temperatura que não comprometam sua
qualidade higiênico-sanitária. A temperatura do alimento
preparado deve ser monitorada durante essas etapas” [1].
Faz assim necessário um monitoramento constante que
possa servir de registro atestando o período de transporte.
Este trabalho apresenta uma proposta de um sistema, de
baixíssimo custo, capaz de registrar a temperatura no interior de
veículos utilizados para transporte de cargas que exigem que a
mesma seja mantida em uma faixa ideal de valores, como
medicamentos e produtos perecíveis.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de
Telecomunicações, como parte dos requisitos para obtenção do certificado de
Graduação em Tecnólogo de Automação Industrial. Orientador: Prof. Dr. Yvo
Marcelo Chiaradia Masselli. Trabalho aprovado em 11/2016.
Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos que
envolvem o entendimento do sistema e, em seguida, os detalhes
referentes ao hardware e software.
II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 - Transporte de cargas com temperatura controlada
A Instrução Normativa DIVISA/SVS Nº 4 de 15/12/2014
determina na Seção VIII - Transporte de Alimentos, nos artigos
64 e 65 em todos os parágrafos em resumo, que o transporte de
cargas com temperatura controlada deve ser efetuado em
veículo de acordo com as características da carga.
Basicamente são ressaltados dois aspectos principais: “I - ao
tipo de compartimento de carga, cujo revestimento interno deve
ser liso, impermeável, atóxico e resistente aos procedimentos
de higienização, para transportar alimentos manipulados
prontos ou não para o consumo; II - ao tipo de controle térmico
existente no compartimento de carga, conforme o tipo de
produto alimentício transportado.” [2]
2.2 - Sensores utilizados na medição de temperatura
Sensores de temperatura são elementos analógicos ou
digitais que sofrem alterações conforme as variações de
temperatura. Podem ser termistores NTC (Negative
Temperature Coefficient) ou PTC (Positive Temperature
Coefficient) [3]; baseados em juntas metálicas como os
termopares, ou termorresistências como aqueles conhecidos por
PT100.
Além destes, há aqueles constituídos por circuitos
integrados, como o LM 335 [4]. Estes são utilizados em
equipamentos de registros medições de temperatura como os
data loggers de temperatura em caminhões frigoríficos.
Data loggers são instrumentos do tipo registradores que
armazenam as medidas realizadas de uma certa grandeza ao
longo do tempo, gerando assim o que se chama de “massa de
dados”. No caso dos utilizados para temperatura, mostram
através de registros as temperaturas dentro e fora da faixa
definida e podem ser acompanhados de softwares que ajustam
a frequência de leitura e calculam a média entre a mínima e a
máxima, bem como o tempo em que a temperatura foi mantida
[5] [6].
Sistema de Monitoramento de Temperatura
para Transporte de Cargas Perecíveis.
Evaldo Luís Marson, Fernando Machado Rezende & José Luiz Leite Junior

2. A figura 1 mostra diferentes modelos de data loggers
utilizados no registro das variações internas de caminhões
frigoríficos.
Figura1 - Data Loggers de temperatura.
2.3 - Memórias de armazenamento em massa
Dados são armazenados em memórias que podem ser
voláteis ou não voláteis. No caso dos registros devem estar em
memórias não voláteis. As memórias não voláteis podem ser
discos magnéticos (Hard Disks ou HD), memórias
semicondutoras como Flash EEPROM (cartões SD, pen drive)
ou ópticas como CDs ou DVDs [7].
III. MATERIAIS E MÉTODOS
Para efetuar o monitoramento, é proposta a utilização da
plataforma de prototipagem rápida, conhecida como Arduino,
assim como um sensor de temperatura do tipo LM335, um
módulo temporizador para aplicações em tempo real e uma
placa de expansão (shield). Esta última contém um cartão de
memória do tipo SD-Card, integrado ao Arduino com o objetivo
de armazenar a série de medidas realizadas ao longo do tempo.
Após as medições efetuadas ao longo do percurso, os dados
coletados são entregues ao cliente final. Através de gráficos
desenvolvidos para esta aplicação, os dados são apresentados
de forma mais clara.
A. Arduino
O Arduino modelo UNO é um dos primeiros e mais simples
de todos. Consiste numa plataforma de hardware para o
desenvolvimento rápido de circuitos eletrônicos, associado a
uma IDE (Integrated Development Environment ou Ambiente
de Desenvolvimento Integrado) de código aberto [8]. Possui um
microcontrolador da família AVR de grande confiabilidade.
Este é da família 328P que pode atingir uma velocidade de
20MHz, de 8 bits, com 32 kB de memória flash, 1 kB de
memória EEPROM, 2 kB de RAM, além de um conversor
analógico digital interno de 10 bits [9].
A figura 2 ilustra o modelo Arduino UNO, utilizado neste
trabalho.
Figura 2 – Arduino UNO Rev-3.
B. IDE Arduino
O Arduino possui uma IDE própria de programação que
permite a criação de programas que serão gravados e, por ele
executados. A IDE possui várias bibliotecas prontas para o uso,
facilitando o rápido desenvolvimento de protótipos sem a
necessidade de desenvolvimento completo do firmware.
A figura 3 ilustra a Interface de Desenvolvimento Arduino.
Figura 3 – IDE Arduino.
C. Software WPS Spreadsheets para gerar os gráficos
WPS Spreadsheets é uma aplicação do pacote WPS Office
encontrada em versões pagas e gratuitas, disponibilizada para
download na web, utilizada em vários países e possui vários
idiomas, dentre eles português. É uma ferramenta de criação
de planilhas e gráficos com muitos recurso e funções
matemáticas [10].
D. LM 335
Para a leitura da temperatura são utilizados dois sensores
LM 335 que garantem maior precisão e confiabilidade. Este

3. sensor fornece uma variação de tensão de 10 mV/°C em uma
escala de -40°C a +100°C, com um erro típico de 1°C nesta
escala, calibrado a 25°C com uma tensão de resposta de 2,98
volts [4]. É alimentado com 5V, a mesma tensão do Arduino.
A figura 4 ilustra o elemento sensor LM335 utilizado.
Figura 4 – LM 335.
E. Shields Arduino
São placas conectadas ao Arduino com o objetivo de
expandir suas funcionalidades. Exemplos comuns são displays
do tipo LCD, shield Ethernet, shield GPS, dentre outras. [5]. No
caso do presente trabalho são utilizados as shields apresentados
a seguir.
E.1 Shield Real Timer Clock (RTC)
A variação da temperatura é dinâmica e precisa de um
monitoramento preciso no acompanhamento do tempo.
Como recurso para suprir esta necessidade é utilizada uma
shield RTC (Real Timer Clock), que consiste em uma placa
desenvolvida sobre o CI RTC DS3231, um componente de
contagem de tempo que possui uma precisão de ± 2 minutos por
ano e comunica no protocolo I²C [11], disponível no Arduino
UNO. O mesmo fornece informações de dia, mês, ano, semana,
minuto, hora e segundo, devendo sempre ser alimentado com
uma bateria de lítio de 3 volts.
A figura 5 ilustra a shield RTC (Real Timer Clock) utilizada.
Figura 5 - Shield RTC.
E.2 Shield SD-Card
Todo o processo de monitoramento precisa ser armazenado
de forma que possa ser facilmente acessado e tratado, e deve
também ser armazenado de forma segura e robusta, onde os
cartões do tipo SD (Secure Digital) atendem perfeitamente.
Uma shield de cartão tipo SD é utilizada para a conexão de
cartões ao sistema de monitoramento. Esta consiste de um
dispositivo mecânico de conexão do cartão, ligado diretamente
a uma sequência de divisores de tensão. Estes são conectados
aos pinos do Arduino a fim de limitar os sinais de comunicação
de 5 volts para 3 volts do cartão [5].
A comunicação é feita através do protocolo SPI (Serial
Peripheral Interface), do Arduino. O protocolo SPI define a
especificação de uma comunicação serial síncrona usada em
pequenas distâncias, normalmente em sistemas embarcados.
A figura 6 ilustra a shield de cartão SD utilizada.
Figura 6 – Shield SD-Card.
IV. DESENVOLVIMENTO
A proposta é atender a necessidade de obter um registro
constante e preciso da temperatura, além de oferecer uma
interface capaz de apresentar os dados estatísticos de forma
amigável.
Este sistema coleta as medidas de temperatura obtidas
internamente no compartimento de cargas, registrando-as no
cartão de memória. Posteriormente, o mesmo é retirado do slot
e colocado no computador, onde são gerados os dados gráficos.
A figura 7 ilustra o funcionamento geral do sistema.
Figura 7 - Funcionamento geral.
O protótipo efetua a primeira etapa do processo que consiste
na obtenção dos dados.
A figura 8 mostra o diagrama do sistema.
Figura 8 – Diagrama do sistema
As temperaturas, a hora e a data são armazenadas no cartão
após serem processadas pelo Arduino, considerando-se a
referência de tempo fornecida pelo shield Real Timer Clock.

4. A figura 9 ilustra as ligações dos pinos das Shields ao
Arduino.
Figura 9 - Ligações das Shields.
No compartimento de carga fica um sensor de temperatura,
o seu circuito de ajuste de tensão segue como o proposto no
datasheet e é apresentado a seguir.
É utilizado um resistor limitador de corrente R1, no valor de
2K2Ω.
A figura 10 mostra o circuito para o ajuste do LM335.
Figura 10 – Circuito de ajuste do LM335.
O Arduino deve ser alimentado com uma bateria 12V
exclusiva para ele, e acondicionado no interior de uma caixa
isolante térmica. Isto tem por objetivo manter a temperatura dos
componentes em suas respectivas faixas de operação. Esta será
afixada na parede interna do compartimento de carga.
Deve possuir dois dutos de passagem de ar, cujo fluxo será
forçado por um par de coolers. O primeiro deve puxar o ar para
o interior da caixa e o segundo para o exterior da mesma,
forçando assim a circulação do mesmo.
A figura 11 ilustra a montagem do sistema em uma caixa.
Figura 11 - Montagem da caixa.
A finalidade dos dutos é fazer com o que o circuito de
controle seja mantido à temperatura acima de 0° C.
As ligações dos dutos aos orifícios são totalmente vedadas
impedindo que ocorra transferência de corpos e temperatura
entre a área interna e externa.
A figura 12 ilustra a montagem dos dutos para testes.
Figura 12 - Montagem dos tubos.
Além do sensor de temperatura no compartimento de carga,
é utilizado um outro no interior da caixa que contém o mesmo
circuito, com o objetivo de monitorar a temperatura no
ambiente de hardware. Ambos são ajustados por software. As
temperaturas medidas são armazenadas no cartão de memória.
Caso a temperatura da caixa esteja abaixo de 0°C os coolers
são acionados por 5 minutos ou enquanto a temperatura não
ultrapassar 10 graus. Se a temperatura dentro for menor que 10°
C negativos, um LED (Light-Emitting Diode) vermelho acende
indicando que ocorreu uma condição inesperada.
Para o acionamento dos coolers é utilizada uma saída digital
do Arduino fazendo o acionamento de um driver simples
controlando um relé ao qual estão conectados os dois coolers
girando em sentidos opostos.
A figura 13 ilustra o esquema elétrico utilizado.
Figura 13 – Circuito de acionamento dos coolers.
A. Firmware desenvolvido
Toda a informação do cartão precisa ser corretamente
armazenada de forma periódica pré-defina através de um
firmware. Este firmware utiliza o processo de leitura e
comunicação entre todos os componentes externos ao Arduino
se utilizando das bibliotecas prontas disponíveis na IDE de
desenvolvimento.

5. A figura 14 mostra o fluxograma do firmware desenvolvido.
Figura 14 – Fluxograma lógico do firmware.
O firmware processa as informações obtidas nas entradas de
data, hora e temperaturas e as armazenam no cartão SD, de
forma que os dados armazenados possibilitem a construção dos
gráficos. O programa foi desenvolvido na plataforma IDE
Arduino 1.6.5 de onde foram utilizados recursos de biblioteca
de comunicação: wire.h, spi.h, shieldSD.h, disponíveis nos
exemplos da IDE.
É feita uma verificação inicial de hardware sempre que
inicializado através de um reset ou com a energização da placa,
a fim de constatar o correto funcionamento do cartão SD. Caso
haja alguma falha, um LED azul sinaliza de forma intermitente.
Caso o cartão não possa ser escrito ou não seja encontrado, o
mesmo é ativado, ficando permanentemente aceso.
Na rotina principal ocorre a execução das funções de leitura
analógica na qual são obtidos os valores de temperatura.
Também é executada a função de obtenção de data e hora, e na
sequência a temperatura interna da caixa é verificada e os dados
são tratados e armazenados no cartão. Após um tempo
aproximado de 30 segundos a rotina se reinicia.
Os dados armazenados seguem o padrão de arquivo (.txt),
para ser utilizado em uma tabela e gerar os gráficos. O número
da contagem, a temperatura da caixa, a temperatura do
compartimento de carga, a hora e a data, nesta sequência estão
separados por ponto e vírgula.
A figura 15 ilustra o formato de saída dos dados.
Figura 15 – Formato dos dados.
Os dados no cartão são exportados para o programa WPS
Spreadsheets e armazenados em tabelas, onde são carregados
diretamente. A partir daí é feita a formatação dos dados e das
tabelas para que os gráficos sejam criados. Uma vez criados e
salvos no arquivo todos os gráficos permanecem com a
formatação. Clicando no botão “atualizar dados”, todas as
informações do cartão são carregadas novamente na tabela
atualizando também todos os gráficos.
A figura 16 ilustra a aparência da tabela.
Figura 16 – Tabela gerada no WPS Spreasheets.

6. V. TESTES E RESULTADOS
Foram feitos dois testes para verificar a funcionalidade do
sistema.
O primeiro consiste na verificação da resposta dos valores
medidos. Para isso a caixa montada foi inserida dentro do
refrigerador de uma geladeira, e a temperatura foi acompanhada
por 30 minutos com o auxílio de um multímetro Mininpa tipo
ET-2651 em escala de graus Celsius medindo a temperatura
com termopar dentro e fora da caixa e comparando a resposta
dos dois sensores.
A tabela 1 mostra os valores obtidos do sensor dentro da
caixa juntamente com o termopar do multímetro, anotados a
cada 2 minutos.
Tabela 1 - Valores de temperatura da caixa e do multímetro.
O gráfico 1 mostra a temperatura interna da caixa ao longo
das medições.
Gráfico 1 - Temperatura da caixa e do multímetro.
A tabela 2 mostra os valores obtidos do sensor do sistema
posicionado dentro do refrigerador, fora da caixa juntamente
com o termopar do multímetro.
Tabela 2 – Valores de temperatura do refrigerador e do multímetro.
O gráfico 2 mostra a temperatura do refrigerador ao longo
das medições.
Gráfico 2 – Temperatura do refrigerador e do multímetro.
O segundo ensaio foi efetuado também dentro do
congelador por um período de 4 horas com intuito da
verificação dos dados armazenados no cartão, a verificação do
acionamento dos coolers para o aquecimento da caixa, e os
respectivos gráficos gerados das medições efetuados durante
um período de 4 horas.
O gráfico 3 mostra as variações da temperatura dentro do
congelador por 4 horas simulando o compartimento de carga do
caminhão.
Gráfico 3- Temperatura do refrigerador.

7. O gráfico 4 mostra o comparativo de temperatura dentro da
caixa onde está instalado o sistema de monitoramento e fora da
caixa no ambiente do refrigerador. Nele, é possível verificar a
atuação do sistema de circulação de ar.
Gráfico 4 - Temperatura no sistema de monitoramento.
O gráfico 5 mostra a temperatura mínima máxima e média
dentro do refrigerador e dentro da caixa de instalação do
sistema.
Gráfico 5 - Parâmetros de temperatura.
VI. CONCLUSÕES
O ambiente de instalação do sistema é agressivo para
componentes sensíveis a temperatura, pois o compartimento de
carga do caminhão além de atingir baixas temperaturas também
atinge altas temperaturas quando a refrigeração está desligada.
O multímetro utilizado se mostrou inadequado para garantir a
precisão do sistema, pois sua precisão em escala de temperatura
é de ±1,5% mais 4 dígitos e resolução de 1°C, e o termopar tipo
K utilizado com precisão de ± 0,75% ou 2,2°C [12].
No primeiro ensaio foi possível verificar que as
temperaturas dos sensores ficaram de acordo com as esperadas,
apenas nas faixas visíveis no gráfico. Não foi possível com estes
ensaios comprovar o correto funcionamento em temperaturas
extremas.
No segundo ensaio foi possível comprovar o funcionamento
da circulação de ar dentro da caixa de instalação do sistema.
Todos os dados foram armazenados corretamente no cartão no
período estipulado. E todos dados puderam ser corretamente
compreendidos pelo software utilizado para confecção dos
gráficos.
Foi possível notar ao final dos ensaios uma quantidade
relevante de umidade dentro da caixa, gerada pela condensação
do ambiente, o que inviabiliza o sistema do modo como foi
construído.
A questão da vibração gerada pelo movimento e
funcionamento do caminhão levantam a necessidade de outros
tipos de testes para saber a resistência do sistema.
Porém, em locais onde o sistema puder ser instalado fora
da câmara de refrigeração, onde permaneça em temperatura
ambiente ao abrigo do tempo e sem vibrações tem seu
funcionamento comprovado. A instalação em Câmaras
frigoríficas de supermercados, açougues ou áreas similares que
necessitem de acompanhamento de temperatura, é indicada.
Neste tipo de ambiente, o sistema de circulação de ar é
desnecessário vindo a baratear o custo de implantação. Neste
caso, um display pode ser implementado para o
acompanhamento da temperatura juntamente com indicações
de alarmes.
REFERÊNCIAS
[1] ANVISA, “http://portal.anvisa.gov.br/documents,” Ministério da Saúde,
[Online]. Available:
http://portal.anvisa.gov.br/documents/33916/388704/RESOLU%25C3%2587
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C%2BN%2B216%2BDE%2B15%2BDE%2BSETEMBRO%2BDE%2B2004.
pdf/23701496-925d-4d4d-99aa-9d479b316c4b. [Acesso em 12 08 2016].
[2] DIVISA(ANVISA), “https://www.legisweb.com.br,” [Online]. Available:
https://www.legisweb.com.br/legislacao/?id=281122. [Acesso em 24 09 2016].
[3] D. Thomazini e P. U. d. Albuquerque, Sensores Industriais, São Paulo:
Érica, 2011, pp. 90-91-99.
[4] T. Instruments, “http://www.ti.com,” [Online]. Available:
http://www.ti.com/lit/ds/snis160e/snis160e.pdf. [Acesso em 20 09 2016].
[5] M. McRoberts, Arduino Básico, São Paulo: Novate Editora Ltda, 2011,
p. 334.
[6] M. d. Saúde, “http://bvsms.saude.gov.br,” [Online]. Available:
http://bvsms.saude.gov.br/bvs/publicacoes/manual_rede_frio4ed.pdf.
[Acesso em 24 09 2016].
[7] A. Silberschatz e H. F. sS.Sudarshan, Sistema de Banco de Dados, São
Paulo: Pearson Makron Books, 1999, pp. 293-294-295.
[8] M. Banzi, Primeiros Passos com o Arduino, São Paulo: Novatec Editora
Ltda, 2012, p. 17.
[9] Atmel, “http://www.atmel.com,” [Online]. Available:
http://www.atmel.com/Images/Atmel-42735-8-bit-AVR-Microcontroller-
ATmega328-328P_datasheet.pdf. [Acesso em 24 09 2016].
[10] WPS Office, “http://wps.com,” WPS Office, [Online]. Available:
http://help.wps.com/files/wps_spreadsheets_2016.pdf. [Acesso em 13 11
2016].. [Acesso em 15 11 2016].
[11] A. D. S. (. Semiconductors), “http://pdf1.alldatasheet.com,” [Online].
Available: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/254832/MAXIM/DS3231.html. [Acesso em 22 09 2016].
[12] Minipa, “minipa.com.br,” Minipa, [Online]. Available:
http://www.minipa.com.br/Content/Manuais/ET-2042D-1102-BR.pdf. [Acesso
em 30 11 2016].