TCC Graduação Sistemas de Informação URCAMP - Michel Iserhardt

TCC Graduação Sistemas de Informação URCAMP - Michel Iserhardt

(Parte 1 de 4)

Monografia apresentada ao Centro de Ciências da Economia e Informática da Universidade da Região da Campanha (URCAMP, RS), como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Sistemas de Informação.

Orientador: Prof. Abner Guedes

Dedico esta obra aos meus pais, que sempre me deram força, amor, carinho e o exemplo de sucesso.

Agradeço a Deus (pelas preces atendidas), à minha irmã Mirela e meu sobrinho Pedro Henrique (pelo carinho), ao meu cunhado Kico (pelas dicas de programação), ao meu tio Alemão (que me apresentou o computador), ao meu prof. orientador Abner Guedes e demais professores do curso de Sistemas de Informação da URCAMP (pela confiança depositada), ao engenheiro eletrônico Sérgio Duarte (pela paciência), aos meus verdadeiros amigos e a todos que de alguma forma contribuíram para que este sonho se concretizasse.

“E sem saber que era impossível, ele foi lá e Fez.” (Jean Cocteau)

Este trabalho trata-se de desenvolver um gerenciador de temperatura para datacenter utilizando Arduino, uma plataforma de hardware e software open-source que é muito utilizada pra criação de projetos na área de robótica e instrumentação. O objetivo principal é fazer com que o produto desenvolvido emita avisos sonoros e/ou visuais em caso de anomalia na temperatura do datacenter. Isso pode ajudar o administrador de redes a tomar uma providência a tempo, antes que qualquer equipamento possa vir a ter problemas por superaquecimento. A pesquisa caracteriza-se por ser exploratória descritiva, tendo em vista o estudo de caso e posterior implantação realizada no prédio da Reitoria da Universidade Federal do Pampa – Unipampa.

Palavras-chave: datacenter – arduino – robótica - gerenciador de temperatura

This work deals with developing a Datacenter Temperature Manager using

creation of projects for the robotics and instrumentation areasThe main goal is

Arduino, an open-source software and hardware platform that is broadly used in the that of making the developed product to emit sound and/or visual warnings in case of its detecting some anomaly in the datacenter temperature. This can help the network administrator to make timely decisions before any gear can develop overheating problems. The search is characterized as explorative-descriptive of a case study and its later implementation in the server facilities of the Rectory Building of the Universidade Federal do Pampa – Unipampa.

Keywords: datacenter - arduino – robotics – temperature manager

Figura 1 - Datacenter de grande porte16
Figura 2 - Rack para instalação de servidores17
Figura 3 - Termômetro digital18
Figura 4 - Módulo NetBotz 200, marca APC19
Figura 5 - Equipamentos constantes no datacenter da Reitoria da Unipampa2
Figura 6 - O modelo de placa controladora Arduino Duemilanove25
Figura 7 - Seletor de alimentação do Arduino Diecimila27
Figura 8 - Microcontrolador Atmega16828
Figura 9 - Arquitetura do microcontrolador Atmega16828
Figura 10 - Disposição dos LEDs no Arduino Diecimila30
Figura 1 - Placa Arduino UNO31
Figura 12 - O modelo de placa controladora Freeduino BR32
Figura 13 – Processing, editor de programação36
Figura 14 - Modelos de solda e multímetro38
Figura 15 - Protoboard para circuitos experimentais39
Figura 16 - Mapeamento de uma Protoboard40
Figura 17 - Ethernet shield oficial para Arduino41
Figura 18 - Shield utilizada no projeto do Gerenciador de Temperatura42
Figura 19 - Estrutura do sensor de temperatura LM3543
Figura 20 - Sensor de temperatura LM3543
Figura 21 - Visor LCD com driver compatível com HD47804
Figura 2 - Resistor de 10kΩ46
Figura 23 - Potenciômetro de três contatos46
Figura 24 - Trimpot projetado para ser utilizado em circuitos47
Figura 25 - Conjunto de LEDs vermelhos49
Figura 26 - Alarme em fase experimental53
Figura 27 - Acesso aos relatórios de histórico de temperaturas5
Figura 28 - Gerenciador de Temperatura Digital em fase final56
Figura 29 - Gerenciador de Temperatura Digital e Termômetro57
Figura 30 - Gerenciador de Temperatura Digital instalado no datacenter58
Figura 31 - Sensor de temperatura fixado ao rack58

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 32 - Valor de cada solução encontrada ................................................................. 61 ºC – Graus celsius Ω - Ohm A - Ampére AD – Active Directory AREF – Analog reference pin for the A/D Converter ASC – American Standard Code AVCC – Supply voltage pin for the A/D Converter BR - Brasil COM - Communications CPD – Centro de Processamento de Dados DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol E - Enable EEPROM - Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory EXT – Alimentação externa FTDI - Future Technology Devices International Gnd – Ground I – Corrente elétrica IP – Internet Protocol KΩ - Quilo-ohm Kbyte – Kilobyte LAN – Local Area Network LCD – Liquid Crystal Display LED - Light Emitting Diode m – metros mA - miliampére MIT – Massachusetts Institute of Technology NPN – Negativo / positivo / negativo PB – Port B PC – Port C PD – Port D PNP – Positivo / negativo / positivo PWM – Pulse-Width Modulation PWR – Power R – Resistência elétrica (ohm Ω) R/W – Read / Write

RAM – Random Access Memory RJ-45 – Registered Jack 45 RS – Register Select RX – Receptor RXD – Receptor digital TI – Tecnologia da Informação Trimpot - Trimmer potentiometer TX – Transmissor TXD – Transmissor digital Unipampa – Universidade Federal do Pampa USA - United States of America USB – Universal Serial Bus V – Tensão elétrica (Volt) VC – Video Conferência VCC – Power supply voltage (Digital) VSS - Power supply voltage (Ground)

INTRODUÇÃO12
1 DATACENTER16
1.1 TEMPERATURA IDEAL DE UM DATACENTER17
DATACENTER17
1.3 ESTRUTURA DO DATACENTER DA REITORIA DA UNIPAMPA21
2 ARDUINO23
2.1 Estrutura do Arduino24
2.2 O LANÇAMENTO MAIS RECENTE DA FAMILIA ARDUINO30
2.3 CLONES DO ARDUINO31
2.3.1 Freeduino BR32
3 LINGUAGEM PROCESSING3
3.1 SETUP3
3.2 LOOP3
3.3 DRAW34
3.4 DECLARAÇÃO DE VARIÁVEIS34
3.5 ALGUNS COMANDOS UTILIZADOS FREQUENTEMENTE35

SUMÁRIO 1.2 SOLUÇÕES PARA GERENCIAMENTO DE TEMPERATURA DE

GERENCIADOR DE TEMPERATURA DIGITAL UTILIZANDO ARDUINO38
4.1 PROTOBOARD39
4.2 SHIELD40
4.3 O SENSOR DE TEMPERATURA LM3542
4.4 O VISOR LCD HITACHI HD47804
4.5 RESISTORES E POTENCIOMETROS45
4.6 ALARME SONORO47
4.7 LED48
5 DESENVOLVIMENTO DO GERENCIADOR DE TEMPERATURA DIGITAL50
5.1 MEDIÇÃO DA TEMPERATURA50
5.2 INSTALAÇÃO DO VISOR LCD51

4 COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA O DESENVOLVIMENTO DO 5.3 DESENVOLVIMENTO DO ALARME .................................................................. 52

6 PRODUTO FINAL E IMPLANTAÇÃO54
6.1 PRODUTO FINAL54
6.2 IMPLANTAÇÃO56
CONCLUSÃO59
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS62
ANEXOS64
ANEXO A – CÓDIGOS FONTE COMENTADOS65
ANEXO B – CIRCUITO ELETRÔNICO75

1 ANEXO C – TABELA DE CUSTOS ........................................................................... 76

Um datacenter, ou Centro de Processamento de Dados (CPD), é o local onde são concentrados os equipamentos de processamento e armazenamento de dados de uma empresa ou organização (Wikipedia 2010).

Ter controle de temperatura de um datacenter é um aspecto de forte relevância dentro de um ambiente de administração de redes de computadores. Os equipamentos expostos a temperaturas fora dos padrões podem acarretar em danos e até mesmo diminuição da vida útil destes. Ainda assim, muitas organizações pecam nesse sentido, focando apenas em outros aspectos como poder de processamento, capacidade de armazenamento, entre outros.

Existem algumas organizações que mantém uma sala, onde o datacenter está localizado, em ambiente climatizado. Porém, sem um controle preciso da temperatura. A ausência deste controle é que pode acabar fazendo com que a temperatura fique fora da faixa normal de trabalho.

O mercado atual não dispõe de uma gama de produtos para controle de temperatura de datacenter, e os poucos que existem custam um valor muito alto, inviável para a maioria das organizações de pequeno porte. Dessa forma, desenvolver uma ferramenta própria para gerenciamento de temperatura pode, além de ser mais viável economicamente, gerar um produto que se adapte perfeitamente às necessidades. Para isso, utilizar um microcontrolador de placa única como o Arduino se torna uma alternativa considerável, já que este foi desenvolvido, entre outros fins, para criação de pequenos equipamentos de robótica e sistemas embarcados, que são as áreas foco deste trabalho.

13 OBJETIVO GERAL

Desenvolver um sistema de gerenciamento de temperatura para datacenter.

a) Apresentar o Arduino e sua utilização; b) Adaptar o Arduino para o uso como sistema embarcado de gerenciamento de temperatura; c) Implantar o sistema no datacenter do prédio da Reitoria da Unipampa.

O estudo entende-se ser importante, porque objetiva apresentar uma solução para um problema comum no universo das redes de computadores.

De acordo com a empresa de tecnologia Tripletech (2010), quando se deixa a temperatura do datacenter subir, automaticamente se economiza energia no sistema de refrigeração; porém, com o aumento da temperatura, há o efeito indesejado da ineficiência de passagem de corrente no silício, aumentando sua dissipação térmica, bem como maior consumo de energia pelo aumento de rotação das ventoinhas dos servidores, necessárias para aumentar o fluxo de ar (mais quente) para refrigerar os componentes do servidor.

A falta de um sistema eficiente para gerenciamento de temperatura pode acarretar em danos de equipamentos de Tecnologia da Informação (TI). A vida útil dos equipamentos também pode ser aumentada quando se tem um ambiente com temperatura equilibrada.

A dificuldade existe porque sistemas como esse são difíceis de encontrar no mercado. Um produto com preço economicamente viável e que atenda às especificações necessárias para um bom gerenciamento de temperatura é algo que pode custar muito caro e, muitas vezes, se tornar inviável para organizações de pequeno porte. Isso faz do desenvolvimento de um equipamento para gerenciamento de temperatura de datacenter uma opção importante.

14 METODOLOGIA

Este projeto deverá ser dividido nas etapas citadas abaixo: a) análise das soluções existentes no mercado atual. Nessa etapa o objetivo é saber o quanto pode ser viável o desenvolvimento de uma solução própria para o problema; b) aquisição do Arduino e estudo do seu funcionamento e programação. A idéia é descobrir suas limitações, capacidade de interação com outros equipamentos eletrônicos e definir uma sequência para o desenvolvimento do sistema de gerenciamento de temperatura; c) análise da estrutura do datacenter do prédio da Reitoria da Unipampa, para definição dos pontos críticos e aspectos que devem ser levados em consideração para atingir eficácia no desenvolvimento do sistema; d) desenvolvimento do sistema embarcado para gerenciamento de temperatura de datacenter utilizando o Arduino; e) o projeto será finalizado com a implantação do sistema gerenciador de temperatura no datacenter do prédio da Reitoria da Unipampa.

A pesquisa caracteriza-se por ser exploratória descritiva, tendo em vista o estudo de caso a ser realizado no datacenter do prédio da Reitoria da Unipampa.

O trabalho divide-se em oito capítulos: Introdução, Datacenter, Arduino,

Linguagem Processing, Componentes Necessários para o Desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura Digital Utilizando Arduino, Desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura Digital, Produto Final e Implantação, e Conclusão.

A introdução trata-se de uma breve explicação de como o trabalho se realizará, seus objetivos, justificativa, metodologia, caracterização da pesquisa e como foi estruturado. O capítulo “Datacenter” conceituará o centro de processamento de dados e apresentará as possíveis condições de temperatura necessárias para se obter um melhor desempenho e utilização dos equipamentos do datacenter localizado no prédio da reitoria da Unipampa. Também serão citadas algumas soluções encontradas no mercado para executar o processo de gerenciamento de temperatura de datacenters;

O capítulo “Arduino” apresentará a placa Arduino, sua finalidade, áreas de atuação e seus principais componentes. Também serão citados alguns projetos similares que surgiram à partir do Arduino, em especial o Freeduino BR, que é fabricado no Brasil;

No capítulo “Linguagem Processing” serão apresentados alguns conceitos sobre esta linguagem de programação que é, atualmente, a mais utilizada em projetos envolvendo o Arduino;

No capítulo “Componentes Necessários para o Desenvolvimento do

Gerenciador de Temperatura Digital Utilizando Arduino” serão apresentados alguns instrumentos da área de eletrônica que farão parte do circuito que dará início ao processo de desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura Digita;

O capítulo “Desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura Digital” mostrará como se dará o desenvolvimento deste equipamento que deverá ser a solução para um problema comum na maior parte das organizações de pequeno porte;

O capítulo “Produto Final e Implantação” apresentará os ajustes necessários e os primeiros testes executados com o Gerenciador de Temperatura Digital.

A “Conclusão” abordará aspectos positivos e negativos de cada uma das soluções e se houve sucesso na escolha pelo desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura Digital.

1 DATACENTER

Segundo o site da Wikipedia (2010), um datacenter, ou Centro de

Processamento de Dados (CPD), é o local onde são concentrados os equipamentos de processamento e armazenamento de dados de uma empresa ou organização. O tamanho do datacenter pode variar de acordo com a estrutura de tecnologia de informação que a empresa dispõe. Empresas que trabalham com uma grande quantidade de informações tendem a ter datacenters de grande porte, como o mostrado na figura abaixo.

Figura 1 - Datacenter de grande porte Fonte: infoplaypodcast.wordpress.com

Um datacenter como o mostrado acima é comumente encontrado em empresas que tem a Tecnologia de Informação como área principal. Entretanto, a maior parte das empresas não dispõe de uma grande quantidade de equipamentos para ocupar um datacenter de grande porte. Estas empresas normalmente optam por usar um rack único para a instalação dos servidores e demais equipamentos de redes de computadores.

Figura 2 - Rack para instalação de servidores Fonte: mercadolivre.com.br

No caso específico da Reitoria da Unipampa, onde objetiva-se a implantação do Gerenciador de Temperatura, o datacenter é composto de um rack similar ao mostrado na figura 2.

1.1 TEMPERATURA IDEAL DE UM DATACENTER

De acordo com a empresa de hospedagem de servidores Locaweb (2010), a temperatura interna ideal para um datacenter é 21ºC, com variação máxima de 2ºC para mais ou para menos.

Para se manter um ambiente nessas condições, além de ter equipamentos de refrigeração que garantam a temperatura ideal, o administrador de redes deve contar com um sistema de gerenciamento de temperatura que assegure que esta está constantemente dentro da faixa normal de trabalho.

1.2 SOLUÇÕES PARA GERENCIAMENTO DE TEMPERATURA DE DATACENTER

O trabalho em questão trata do desenvolvimento de um Gerenciador de Temperatura para datacenter. Porém, tomar uma decisão como esta requer uma análise das opções que o mercado atual dispõe, pois a criação de uma ferramenta para executar qualquer função dentro de uma organização só é viável se satisfeitas as seguintes condições: o mercado atual não dispõe de um produto que atenda as necessidades e, se dispõe, tem preço superior ao que deverá ser aplicado no desenvolvimento do Gerenciador de Temperatura.

Alguns modelos de rack para datacenter já possuem um termômetro de temperatura instalado, que não é o caso do que foi adquirido pela reitoria da Unipampa. Uma solução para este problema poderia ser a aquisição e posterior instalação de um termômetro digital.

Figura 3 - Termômetro digital Fonte: mercadolivre.com.br

Segundo o site mercadolivre.com.br em outubro de 2010, um termômetro digital como o da imagem acima custa em média R$ 35,0. Ainda que o custo seja relativamente baixo, um produto como este não necessariamente dá ao administrador de redes a certeza de que a temperatura do datacenter está constantemente em sua faixa normal. Se este termômetro possuísse algum tipo de alerta, a ser ativado no caso de a temperatura estar fora da faixa normal de trabalho, seria um produto interessante para a atual necessidade, mesmo que isso viesse a aumentar um pouco o seu valor de mercado.

A fabricante de equipamentos de infraestrutura de TI APC possui uma solução importante para gerenciamento de temperatura de datacenter. Este produto, chamado de módulo NetBotz 200, quando instalado em um rack de servidores faz a leitura da temperatura e/ou umidade.

Figura 4 - Módulo NetBotz 200, marca APC Fonte: apc.com

O módulo mostrado na figura acima tem capacidade para a instalação de até seis sensores de temperatura modelo AP9335, que usam conectores padrão Registered Jack 45 (RJ-45).

Na parte frontal do módulo também encontra-se a porta Beacon, que serve para conectar uma luz de alarme que deverá ficar localizada na parte externa do rack.

O acesso ao módulo NetBotz 200 pode ser feito através da porta console, padrão RS-232, ou via browser através da rede. É através deste acesso que são ativados os sensores e criadas as regras de gerenciamento de temperatura.

Indiscutivelmente a solução da APC é de grande valia para o objetivo de gerenciar a temperatura de um datacenter. Porém, este produto peca no alto custo de aquisição, conforme a tabela abaixo.

Equipamento Valor ($)

Tabela 1 - Custo total da solução da APC em 28/10/2010 Fonte: Provantage Superstore - 7249 Avenue, New Yourk, USA

A tabela acima mostra que o custo total da solução, nos Estados Unidos, é $ 644,69. Este valor não inclui os custos de importação e frete. Mais informações sobre este produto podem ser encontradas no site http://www.provantage.com

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