Sistemas Electrónicos de Segurança – Análise dos Meios de Comunicação

Existem sempre várias hipóteses de realizar uma instalação técnica de segurança. São sempre possíveis várias soluções para uma mesma aplicação. Tudo depende do objectivo da instalação. Uma tecnologia, um sistema, um produto, pode ser ideal para uma determinada aplicação e ser completamente despropositado para outra. É importante conhecer as principais tecnologias já disponíveis no mercado mundial, para se poder aconselhar, projectar e instalar convenientemente, o que de melhor se aplica caso a caso.

Cada fabricante propõe, usando uma determinada tecnologia, um sistema e uma linha de produtos que ele considera mais indicada para o seu mercado. No entanto, se por um lado são evidenciadas só vantagens, é óbvio que todos os sistemas também têm as suas desvantagens. É, consoante as aplicações e o grau de integração que elas exigem que é possível encontrar um compromisso satisfatório entre aquilo que se pretende e aquilo que se propõe. É tudo uma questão de escala e de preço.

São 5 os principais meios de comunicações empregues nos sistemas electrónicos de segurança:

• Rede Eléctrica
• Cablagem Coaxial
• Cablagem de Baixa Tensão
• Rádio Frequência
• Infravermelhos

1› REDE ELÉCTRICA

O sistema que usa a rede eléctrica para comunicar é, sem dúvida, o que acarreta menor investimento, uma vez que permite instalar os equipamentos em casas já construídas.

O conceito é simples: recorre-se a um pequeno sinal de potência que existe na rede eléctrica das nossas casas, modula-se esse sinal numa alta frequência e injecta-se de novo na rede eléctrica, através de um módulo emissor. Do outro lado da instalação, está um módulo receptor, sintonizado para sinais modulados de alta frequência, podendo assim ser programado para responder a um determinado impulso. Isto dá-nos a possibilidade de enviar e receber sinais entre vários aparelhos que estejam simplesmente ligados à rede eléctrica da casa.

O problema de se comunicar pela rede eléctrica é ficar-se sujeito aos “ruídos” que essa rede possa ter. Basicamente, os “ruídos” são os sinais eléctricos indesejáveis que podem eventualmente existir na mesma rede eléctrica a par com os sinais desejados.

Podem ser várias as fontes de “ruídos” nas redes eléctricas:

• De uma forma geral, a cablagem da rede eléctrica das casas não é blindada e pode captar alguns tipos de “ruídos”, como se se tratasse de uma antena (interferências electromagnéticas).
• As cablagens podem, por vezes, ser afectadas por aparelhos ou sistemas que lhes estejam ligados. Exemplos: Intercomunicadores sem fios, motores eléctricos, luzes fluorescentes ou qualquer outro dispositivo que crie um campo electromagnético suficientemente forte enquanto funciona.

É por isso que os sistemas que usam a rede eléctrica para comunicar possuem filtros que eliminam os sinais indesejáveis. É também para evitar interferências com os vários tipos de ruído que, geralmente, estes sistemas usam baixas velocidades de transferência de dados, pois, caso contrário, os “ruídos” poderiam aumentar significativamente a taxa de erros nas comunicações.

Os principais protocolos de comunicação que usam a rede eléctrica para comunicar são: X-10, CEBus e Echelon e mais recentemente (e ainda em desenvolvimento) o EHS (European Home System).

A velocidade na transferência de dados é mais importante quando se trata de sinais de vídeo e de outro tipo de sinais de muito altas frequências. Nesse tipo de operações, a perca de alguns caracteres ou bits pode distorcer ou alterar, substancialmente, os resultados desejados.

Mesmo nas transmissões de sinais áudio que usam baixas frequências, a recepção pode estar sujeita a distorções audíveis.

Com os sistemas X-10 e CEBus, a rede eléctrica funciona com um canal de transmissão de sinais digitais com uma determinada duração:

O receptor interpreta cada bloco de sinais como um byte ou carácter. Um pequeno pico de energia ou ruído na rede eléctrica não tem qualquer efeito substancial no receptor, a menos que aconteça na mesma frequência e com o tempo equivalente a um bloco de sinais válido.

Um sinal X-10 tem a duração de 1 milisegundo e uma frequência de 120 kHz sintonizado com a passagem pelo zero da frequência de 50 Hz da rede eléctrica. A emissão de um sinal deste tipo corresponde a enviar 1 binário e a ausência de sinal representa um 0 Binário.

O sistema CEBus usa um sinal de espera largo em que a frequência de transmissão varia numa determinada banda durante cada emissão. O sinal começa nos 100 kHz e aumenta linearmente até aos 400 kHz durante 100 microsegundos.

Um estado com duração de 100 microsegundos representa um “1” Binário, enquanto que um estado com uma duração de 200 microsegundos representa um “0” Binário. O sinal do fim da comunicação corresponde a um estado de 300 microsegundos e um estado de 400 microsegundos corresponde ao fim da comunicação.

O conceito dos sinais de espectro alargado tornam a transmissão mais resistente às interferências dos “ruídos”, apesar da sua velocidade ser ainda considerada baixa. Enquanto o sistema CEBus pode enviar até 10.000 bits por segundo pela rede eléctrica, o sistema X-10 apenas envia 60 bits por segundo.

Como consequência das baixas velocidades de transmissão e a possibilidade de ocorrerem interferências, os sistemas de segurança que utilizam, quer o X-10, quer o CEBus, fazem-no para realizar operações que envolvem poucos dados e de menor importância (os dados encriptados do sistema de segurança não usam este meio para comunicar), como seja ligar ou desligar luzes, aparelhos, ou desencadear macros de domótica (automação doméstica).

Desde já, podemos concluir que os sistemas que usam a rede eléctrica para comunicar não servem para lidar com sinais digitais de alta resolução, como acontece com os de CFTV (Circuito Fechado de TV).

2› CABLAGEM COAXIAL

Os sistemas que usam cabos coaxiais para comunicar são especialmente utilizados para o envio de sinais de fraca potência a alta velocidade, em altas frequências e a longas distâncias. É o caso dos cabos TV nos prédios e das redes de computadores. O cabo é constituído por um condutor unifilar, uma bainha e uma malha protectora.

O princípio de funcionamento é simples: a baixas frequências, as redes eléctricas e os fios condutores não são boas antenas. Mas, a muito altas frequências VHF (Very High Frequencies) e ultra elevadas frequências UHF (Ultra High Frequencies), esses mesmos fios tornam-se muito boas antenas. No caso do cabo coaxial, a malha protectora está ligada à terra, pelo que isola o fio condutor (interior) das interferências electromagnéticas exteriores. É por isso que este tipo de cablagem é usado essencialmente para transmitir sinais de áudio e vídeo ou dados a alta velocidade. O cabo coaxial não está preparado para transmitir potência eléctrica, mas permite uma melhor performance ao nível das comunicações de dados.

Existem essencialmente 2 tipos de cabos coaxiais: o RG-59 e o RG-6. O primeiro é suficiente para transmitir áudio e vídeo, no entanto, apresenta fortes percas de sinais de alta frequência quando comparado com o RG-6. Na figura, o modulador serve para receber os sinais dos vários emissores (vídeo, câmara, entre outros) (cablagem a branco) e injectá-los na cablagem de distribuição (TVs) (cablagem a preto).

3› CABLAGEM DE BAIXA TENSÃO

Vários equipamentos requerem baixa potência e baixas frequências para executarem as operações de transferência de dados e sinais. É o caso dos telefones, termóstatos, sistemas de segurança, colunas de som, intercomunicadores, autómatos industriais e outros. Estes equipamentos funcionam, geralmente, entre tensões dos 5 aos 24 Volts. Os cabos de pares entrançados (UTP - Unbalanced Twisted Pair) dividem-se em categorias:

Para todos os sistemas electrónicos de segurança, utilizam-se cablagens de baixa tensão: geralmente pares telefónicos entrançados (twisted pair) com malha protectora (ou não) de categoria 3. Os cabos podem ir de 1 par até centenas de pares. A malha serve (tal como no cabo coaxial) para proteger os fios condutores interiores, das interferências electromagnéticas do exterior.

As aplicações com cablagens de pares entrançados destinam-se essencialmente a sistemas em circuito fechado de baixa tensão podendo fornecer a alimentação dos módulos receptores pela cablagem.

Porquê cabos entrançados (UTP)?

UTP (Unbalanced Twisted Pair) é uma forma de entrançar 2 pares de fios dentro do mesmo cabo, anulando-se mutuamente os campos electromagnéticos por eles criados.

Na maioria dos edifícios comerciais e mesmo residenciais, está a ser instalado este tipo de cabos de categoria 5 (ou superior), capazes de transmitir 100 Mbits/segundo, como estrutura fixa de comunicação de dados, voz e imagem.

4› RÁDIO FREQUÊNCIA

Um conceito que tem grandes potencialidades na segurança electrónica é o recurso à comunicação por rádio frequência (RF). A RF é um bom meio para transmitir sinais de alta frequência, designadamente sinais de áudio/ vídeo (A/V), dados, comunicações e sinais de controlo. Tal como o recurso à rede eléctrica existente, a RF tem vantagens óbvias, uma vez que não requer qualquer modificação ou instalação especial na casa.

Dado que as ondas de RF atravessam paredes, não é necessário colocar os emissores em linha de vista com os receptores. As principais desvantagens situam-se ao nível da potência dos emissores, ruídos de interferência e problemas de privacidade.

Telefones sem fios, alguns sistemas de segurança, transmissores audio/ vídeo e controladores RF são alguns exemplos de equipamentos que usam a RF para comunicarem.

Ao nível da privacidade, um receptor colocado fora de casa (ou na casa ao lado) pode captar a transmissão do sistema e, desta forma, corromper a comunicação. Alguns sistemas de segurança que usam RF podem ser baralhados se for colocada uma fonte de ruído no exterior da casa compatível com as frequências do sistema. É por isso que a maior parte dos sistemas de segurança que recorrem à RF, incluem a função de supervisão dos seus periféricos (testam regularmente a comunicação com cada um deles, por forma a garantir que não foram sabotados) e a função “random RF code” (código aleatório RF) para garantir que a comunicação seguinte se efectua numa frequência diferente da anterior. Se, por um lado, a principal razão do recurso aos sistemas de RF é o facto de se evitarem cablagens especiais, por outro o recurso a pilhas nos emissores de RF dos sistemas de segurança, obrigam na instalação, a uma intervenção regular do utilizador.

5› INFRAVERMELHOS

A tecnologia com infravermelhos envolve o uso de sinais de luz como meio de transmissão modulada a muito altas frequências. As ondas de luz não são visíveis ao olho humano. A maior parte dos telecomandos de televisões e vídeos emitem sinais infravermelhos. A maior parte dos detectores de presença funcionam como receptores infravermelhos para detectar pessoas, uma vez que o corpo humano está constantemente a emitir energia infravermelha na forma de calor.

As principais vantagens dos infravermelhos são as transmissões de altas frequências sem quase nenhuma distorção e praticamente insensíveis aos “ruídos”.

A principal desvantagem é o facto do emissor ter de estar em linha de vista com o receptor para poderem comunicar. Os infravermelhos são considerados o melhor meio de comunicação para os telecomandos.

Bem vindo ao formidável mundo das instalações técnicas especiais...

AUTOR: Alexandre Chamusca, Engenheiro de Sistemas de Segurança