UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI        COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA           TRABALHO FINAL DE ...
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI        COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA                   TRABALHO F...
AGRADECIMENTOS       Começo agradecendo a Deus, pois sem ele tudo seria mais difícil, senão impossível.Nele sempre tive o ...
SUMÁRIOAGRADECIMENTOS .......................................................................................................
3.10 GRAVADOR DE PIC ............................................................................................... 22   ...
RESUMO       Atualmente tem havido uma enorme busca por veículos elétricos cada vez maiseficientes. Com o intuito de auxil...
LISTA DE FIGURASFigura 1 – Composição Setorial do Consumo de Derivados de Petróleo .................................. 8Fig...
1. INTRODUÇÃO       1.1     RELEVÂNCIA DO TEMA       Atualmente muito tem se discutido a respeito do desenvolvimento de fo...
Como citado anteriormente, a queima de combustíveis fósseis contribui de formamuito significativa para poluição atmosféric...
1.3     ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO       O presente trabalho é constituído de cinco seções, incluindo este texto introdutório...
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA       2.1    SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS (DATA LOGGER)       Segundo Hackbart (2008) o Data Log...
permite facilmente múltiplos esquemas de aquisição, e possui alta taxa de aquisição de dados,até 100 Kbps/ch.          Seg...
Mais recentemente Norma et. al. (2011) desenvolvem um sistema de monitoramentoonline de variáveis de um veículo. Tem como ...
3. DESENVOLVIMENTO       3.1    CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE UM VEÍCULO       TERRESTRE       De acordo com Gillespie (1992)...
3.1.2      SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO A TERRA       Atitude e trajetória do veículo através de um curso de manobr...
3.2       CONVERSÃO DIGITAL - ANALÓGICO (D/A)       Diversas são as formas de se converter um sinal digital em analógico e...
Figura 5: Acelerômetro MMA7361                                    Fonte: Sparkfun (n.d.).        O MMA7361L é um acelerôme...
3.5    SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS)        O Global Positioning System (GPS), ou em português Sistema de Posicio...
3.5.2      RECEPTOR GPS FASTRAX UP501         O receptor GPS UP501 da Fastrax possui uma antena integrada o que possibilit...
3.7    CARTÕES DE MEMÓRIA       Segundo Ibrahim (2010) um cartão de memória flash é um dispositivo dearmazenamento de dado...
3.7.2      ESTRUTURA DETALHADA       Os cartões SD normais possuem 9 pinos e uma chave de proteção contra escritaindesejad...
3.9    MICROCONTROLADOR       Em poucas palavras, poderíamos definir o microcontrolador como um “pequeno”componente eletrô...
Figura 9: Gravador Multi PIC Programmer 5 Versão 2                                  Fonte: Própria (2012).       3.11 DESE...
Figura 10: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de aquisição de dados                             Fonte: Própri...
Figura 11: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de gravação de dados                                     Fonte:...
Figura 12: Simulação do sistema                                                                                           ...
arquivos FAT foi criado e sua localização foi configurada no modelo de cartão da interface desimulação ISIS do software Pr...
Figura 15: PCI do sistema de gravação de dados                                 Fonte: Própria (2012).       Após o roteame...
Figura 18: Sistema de gravação de dados                                  Fonte: Própria (2012).       Nos anexos III, IV s...
4. RESULTADOS       Após o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados, foi feito um trajeto com omesmo embarcado em ...
Figura 20: Velocidade desenvolvida pelo veículo                                                           Velocidade Desen...
Na Figura 22 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Pitch, ouseja apresenta o movimento de arfagem d...
Na Figura 24 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo x, quecomo dito anteriormente mostra a caract...
Na Figura 26 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo z, quecomo dito anteriormente mostra a caract...
Figura 27: Perfil de elevação do trajeto percorrido                                           Perfil de Elevação          ...
5. CONCLUSÃO       Ao fim do trabalho, ao analisar os resultados obtidos pode-se considerar que osresultados obtidos são s...
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASAlecrim, E. (20 de Fevereiro de 2011). Sistema de Arquivos FAT16 e FAT32. Acesso em 06       de ...
Hackbart, T. (Novembro de 2008). Dissertação de Mestrado. Utilização de Veículos Aéreos       não Tripulados e Desenvolvim...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Relatório tfc   caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cart...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Relatório tfc caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cartão sd baseado a pic

545 visualizações

Publicada em

Atualmente tem havido uma enorme busca por veículos elétricos cada vez mais eficientes. Com o intuito de auxiliar um melhor dimensionamento dos atuadores de potência destes, foi implementado um sistema baseado em microcontroladores PIC capaz de realizar a aquisição de sinais de diversos sensores, tratá-los e os armazenar estes dados em cartão SD para posterior análise. O mesmo disponibiliza, também, por meio de um conversor digital analógico um sinal correspondente à velocidade desenvolvida pelo veículo no qual o sistema estiver embarcado. A análise dos dados armazenados poderá contribuir para o desenvolvimento de veículos elétricos, tema tão discutido atualmente e que se mostra um grande campo de estudo, o que motivou o desenvolvimento de tal trabalho. O sistema é composto por microcontroladores PIC, um acelerômetro de 3 eixos, um girômetro de 3 eixos e um receptor GPS que fornece o trajeto do veículo e a velocidade desenvolvida pelo mesmo, e por fim, um cartão SD onde os dados serão armazenados.

Publicada em: Educação
0 comentários
1 gostou
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
545
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
15
Comentários
0
Gostaram
1
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Relatório tfc caio eduardo silva - implementação de um sistema de aquisição e armazenamento de dados de sensores em cartão sd baseado a pic

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO FINAL DE CURSO IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DEAQUISIÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOSDE SENSORES EM CARTÃO SD BASEADO A PIC ALUNO: Caio Eduardo Silva ORIENTADOR: Leonardo Adolpho Rodrigues da Silva Dezembro 2012
  2. 2. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI COORDENADORIA DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO FINAL DE CURSO IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DEAQUISIÇÃO E ARMAZENAMENTO DE DADOSDE SENSORES EM CARTÃO SD BASEADO A PIC Trabalho Final de Curso submetido ao Departamento do Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal de São João del-Rei, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Dezembro 2012 2
  3. 3. AGRADECIMENTOS Começo agradecendo a Deus, pois sem ele tudo seria mais difícil, senão impossível.Nele sempre tive o suporte quando mais precisei e por sempre ter iluminado e abençoado meucaminho. Agradeço aos meus pais Gilmar José da Silva e Tânia Aparecida de Miranda Silvapelo apoio constante durante toda minha vida; vocês são meus heróis e sem vocês nada dissoseria possível e nem faria sentido. Agradeço também ao meu irmão Leonardo Henrique Silvapelo apoio de sempre. Meus mais sinceros agradecimentos a todos meus professores do Departamento deEngenharia Elétrica, principalmente àqueles que mesmo diante de todos os tipos dedificuldades enfrentadas durante nosso curso, fizeram de tudo para nos tornar os melhoresengenheiros e pessoas que podiam. Agradeço em especial ao meu orientador, LeonardoAdolpho Rodrigues da Silva, pelas conversas, por estar sempre disposto a me ensinar e pelosconselhos. Por fim, mas não menos importantes, agradeço aos meus amigos Deyson Sidney,Fernando Aparecido, Júlio César, Marcelo Junio, Philipe José, Ricardo Eurico, Tatiane Alice,Wesley Josias e a todos integrantes da turma 07090 e agregados, pelo apoio nos momentosmais difíceis e pelo conhecimento partilhado. Vocês jamais serão esquecidos. 3
  4. 4. SUMÁRIOAGRADECIMENTOS ............................................................................................................. 3RESUMO .................................................................................................................................. 6LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. 71. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 8 1.1 RELEVÂNCIA DO TEMA......................................................................................... 8 1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 9 1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ........................................................................ 102. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 11 2.1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS (DATA LOGGER) ................................. 113. DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 14 3.1 CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE UM VEÍCULO TERRESTRE.................. 14 3.1.1 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO AO VEÍCULO ............ 14 3.1.2 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO A TERRA .................... 15 3.2 CONVERSÃO DIGITAL - ANALÓGICO (D/A) .................................................... 16 3.3 ACELERÔMETRO ................................................................................................... 16 3.4 GIRÔMETRO ........................................................................................................... 17 3.5 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS) ........................................... 18 3.5.1 PROTOCOLO NMEA 0183 .............................................................................. 18 3.5.2 RECEPTOR GPS FASTRAX UP501 ................................................................ 19 3.6 COMUNICAÇÃO SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS)....................... 19 3.7 CARTÕES DE MEMÓRIA ...................................................................................... 20 3.7.1 CARTÃO SD (Secure Digital Card) .................................................................. 20 3.7.2 ESTRUTURA DETALHADA ........................................................................... 21 3.8 SISTEMA DE ARQUIVOS ...................................................................................... 21 3.9 MICROCONTROLADOR ........................................................................................ 22 4
  5. 5. 3.10 GRAVADOR DE PIC ............................................................................................... 22 3.11 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA ................................................................... 23 3.11.1 SOFTWARE ...................................................................................................... 23 3.11.2 SIMULAÇÃO ........................................................................................................ 25 3.11.3 HARDWARE ..................................................................................................... 274. RESULTADOS ............................................................................................................... 305. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 36REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 37ANEXO I ................................................................................................................................. 40ANEXO II ............................................................................................................................... 45ANEXO III .............................................................................................................................. 46ANEXO IV .............................................................................................................................. 47 5
  6. 6. RESUMO Atualmente tem havido uma enorme busca por veículos elétricos cada vez maiseficientes. Com o intuito de auxiliar um melhor dimensionamento dos atuadores de potênciadestes, foi implementado um sistema baseado em microcontroladores PIC capaz de realizar aaquisição de sinais de diversos sensores, tratá-los e os armazenar estes dados em cartão SDpara posterior análise. O mesmo disponibiliza, também, por meio de um conversor digitalanalógico um sinal correspondente à velocidade desenvolvida pelo veículo no qual o sistemaestiver embarcado. A análise dos dados armazenados poderá contribuir para odesenvolvimento de veículos elétricos, tema tão discutido atualmente e que se mostra umgrande campo de estudo, o que motivou o desenvolvimento de tal trabalho. O sistema écomposto por microcontroladores PIC, um acelerômetro de 3 eixos, um girômetro de 3 eixose um receptor GPS que fornece o trajeto do veículo e a velocidade desenvolvida pelo mesmo,e por fim, um cartão SD onde os dados serão armazenados.Palavras chave: microcontrolado, PIC, acelerômetro, girômetro, GPS, cartão SD. 6
  7. 7. LISTA DE FIGURASFigura 1 – Composição Setorial do Consumo de Derivados de Petróleo .................................. 8Figura 2 – Sistema de Coordenadas SAE................................................................................. 14Figura 3 – Veículo num Sistema de Coordenadas Referenciado a Terra ................................. 15Figura 4: Rede R/2R ................................................................................................................. 16Figura 5: Acelerômetro MMA7361 ......................................................................................... 17Figura 6: Girômetros LPY550AL e LPR550AL ...................................................................... 17Figura 7: Barramento SPI Típico (1 Mestre e 3 Escravos Independentes) .............................. 19Figura 8: Cartões SD ................................................................................................................ 20Figura 9: Gravador Multi PIC Programmer 5 Versão 2 ........................................................... 23Figura 10: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de aquisição de dados ............ 24Figura 11: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de gravação de dados ............. 25Figura 12: Simulação do sistema ............................................................................................. 26Figura 13: PCI da fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados ........ 27Figura 14: PCI do sistema de aquisição de dados .................................................................... 27Figura 15: PCI do sistema de gravação de dados ..................................................................... 28Figura 16: Fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados ................... 28Figura 17: Sistema de aquisição de dados ................................................................................ 28Figura 18: Sistema de gravação de dados ................................................................................ 29Figura 19: Trajeto percorrido traçado no Google Earth ........................................................... 30Figura 20: Velocidade desenvolvida pelo veículo ................................................................... 31Figura 21: Velocidade de giro - Eixo Roll .............................................................................. 31Figura 22: Velocidade de giro - Eixo Pitch ............................................................................. 31Figura 23: Velocidade de giro - Eixo Yaw ............................................................................. 32Figura 24: Aceleração – Eixo X ............................................................................................... 33Figura 25 Aceleração – Eixo Y ................................................................................................ 33Figura 26 Aceleração – Eixo Z ................................................................................................ 33Figura 27: Perfil de elevação do trajeto percorrido .................................................................. 35 7
  8. 8. 1. INTRODUÇÃO 1.1 RELEVÂNCIA DO TEMA Atualmente muito tem se discutido a respeito do desenvolvimento de formas para quese diminua o consumo de combustíveis fósseis, já que a queima destes produzem grandesquantidades de gases estufa e consequentemente contribuem de forma muito significativa parapoluição atmosférica e o aquecimento global. Como apresentado em Queiroz (2006), no Brasil, o transporte rodoviário é o principalmeio de transporte de passageiros. As crescentes taxas de população urbana, a deficiência depolíticas públicas de transporte em massa e a retomada do crescimento econômico têmimplicado num aumento espantoso da motorização individual. Segundo dados da CETESBcitados por Queiroz (2006) a frota nacional de automóveis e veículos comerciais levesaumentou de 10,325 milhões em 1990 para mais de 27 milhões em 2005, o que implica numgrande aumento dos poluentes emitidos na atmosfera. Segundo dados do Ministério de Minas e Energia (2011), o setor de transportes em2010 foi responsável pela maior parte do consumo de derivados do petróleo, como mostradona Figura 1 a seguir, e assim a utilização de outra forma de energia em veículos automotoreslevaria a uma redução muito grande do consumo dos combustíveis fósseis. Figura 1 – Composição Setorial do Consumo de Derivados de Petróleo Fonte: Ministério de Minas e Energia (2011). 8
  9. 9. Como citado anteriormente, a queima de combustíveis fósseis contribui de formamuito significativa para poluição atmosférica, e como dito por Queiroz (2006) a OrganizaçãoMundial da Saúde (OMS) estima que a poluição atmosférica é responsável por cerca de 20%a 30% das doenças respiratórias e entre 4% e 8% das mortes prematuras, o que é bastantepreocupante. Segundo Baran e Legey (2010) a história dos veículos elétricos começa em meados doséculo XIX, mas devido a diversos fatores a partir de 1930 passaram a ser produzidos numaescala cada vez menor. Ainda segundo Baran e Legey (2010) somente após a década de 60 ,quando a opinião pública começou a se voltar para os problemas ambientais, os automóveiselétricos voltaram a atrair a atenção das grandes montadoras. Começa então uma corrida para o desenvolvimento de veículos elétricos cada vez maiseficientes. Nesse sentido, surge a ideia da construção de um sistema de aquisição de sinais dediversos sensores embarcados em um veículo. Sensores como receptores GPS, acelerômetros,girômetros, de forma a possibilitar a caracterização dinâmica de um veículo e então contribuirpara um melhor dimensionamento dos atuadores de potência do mesmo entre outros. 1.2 OBJETIVOS Por meio de um estudo adequado, busca-se desenvolver um sistema de aquisição dedados, capaz de realizar a aquisição de sinais de diversos sensores e armazenamento destesdados para posterior análise, com vistas à caracterização dinâmica de um veículo elétrico. Pretende-se desenvolver um sistema de aquisição que faça a aquisição dos sinais dosdispositivos a seguir:  1 receptor GPS com taxa de atualização padrão de 1 Hz;  1 acelerômetro de três eixos (ax,ay,az);  1 girômetro de três eixos (Roll, Pitch, Yaw); E que possua as seguintes especificações:  6 entradas analógicas de 3,3V, resolução de 10 bits e taxa de aquisição de 1 Hz;  1 canal serial com uma taxa de recepção/transmissão de 9600bps;  1 saída analógica de velocidade, resolução de 10 bits, taxa de atualização de 1Hz e faixa de 0 a 3,3V (0 a 200 Km/h);  Memória Flash, cartão SD de até 2 Gb (Limitação do sistema de arquivos FAT16). 9
  10. 10. 1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO O presente trabalho é constituído de cinco seções, incluindo este texto introdutório. A seção 2 apresenta uma revisão bibliográfica sucinta sobre sistemas de aquisição dedados, Data Loggers, em diversas aplicações e suas aplicações no desenvolvimento deveículos elétricos. Na seção 3 são apresentados conceitos teóricos importantes para a caracterizaçãodinâmica de um veículo elétrico, as características dos dispositivos e tecnologias utilizadas nodesenvolvimento deste trabalho. Além da apresentação do desenvolvimento do sistema, sendoeste desenvolvimento dividido em: desenvolvimento do software, simulação e confecção dohardware. Na seção 4 são apresentados os resultados obtidos com o desenvolvimento destesistema. Na seção 5 tem-se a conclusão do trabalho, onde são discutidos os ganhos obtidos como desenvolvimento do mesmo e são feitas propostas de trabalhos futuros e melhorias no atualsistema para torná-lo mais eficiente. 10
  11. 11. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS (DATA LOGGER) Segundo Hackbart (2008) o Data Logger é um circuito eletrônico constituído dehardware e software, cuja função consiste em um sistema de coleta e armazenamentocronológico de dados sem a interferência humana. Esse circuito permite salvar os dados juntoaos sensores sem a necessidade de transmissão sem fio dos dados coletados. Os Data Loggers vem sendo utilizados em diversos campos, para monitorar diversosprocessos e então, obter mais informações sobre os mesmos. Iscold et. al. (2005) utilizam osData Loggers com o intuito de apresentar uma solução viável para ensaios de aeronavesleves. Desenvolvem então, no Centro de Estudos Aeronáuticos da UFMG um sistema deaquisição de dados, que combina a tecnologia dos microcontroladores PIC e palmtops (PDA)para realizar a leitura e gravação dos dados de acelerômetros, receptor GPS (Garmin 16A)com taxa de atualização de 5 Hz e muitos outros. Coopmans e Chen (2008) desenvolvem um Data Logger espaço temporal (SEAL) queutiliza um microcontrolador Atmel AT90USB1287, possui um GPS de com taxa deatualização de 2Hz, bateria de polímero de íons de lítio, memória flash de alta densidade einterface USB. Segundo Coopmans e Chen (2008) seu SAD (Sistema de Aquisição de Dados)é adequado para a utilização em VANT´s (Veículos Aéreos não Tripulados) por ser,compacto, autossuficiente e leve. A interface de sensores de CO2 e NH3 é realizada e osistema é colocado em um carro para mapear a presença destas substâncias numa determinadaregião e segundo estes, posteriormente com o auxílio de aplicativos de mapeamento como oGoogle Earth e/ou NASA WorldWind pode-se realizar a visualização dos dados gravados. Iniciando o uso de Data Loggers a veículos automotivos Sallehuddin (2008)desenvolve um sistema que tem não só a capacidade de registrar os dados de um veículo, mastambém processar as informações recebidas pelo receptor GPS, de forma a obter alguns dadosespecíficos, gravá-los em cartões multimídia (MMC) e tornar o sistema mais agradável aousuário utilizando o sistema de comunicação global (GSM). Fertitta et. al. (2009) desenvolve também outro estudo envolvendo veículosautomotivos, neste estudo é desenvolvido um Data Logger muito compacto e de altaperformance para testes em veículos. Utiliza interface CAN (Controller Area Network) que 11
  12. 12. permite facilmente múltiplos esquemas de aquisição, e possui alta taxa de aquisição de dados,até 100 Kbps/ch. Segundo Fertitta et. al. (2009) atualmente os produtos comerciais disponíveis sesituam em duas categorias principais. Sistemas de aquisição de dados baseados emcomputador ou Data Loggers autônomos. Sendo a primeira mais comum e flexível, mascaracterizada por ocupar grandes volumes, alto consumo de energia, além de moderadatolerância à vibração. Já a segunda é representada por uma unidade autônoma, capaz degravar os sinais dos sensores ou do barramento de dados do veículo. No mesmo âmbito de veículos automotivos Sakhi et. al. (2009) propuseram projetarum sistema embarcado a fim de coletar dados de movimento e determinar um modelocomportamental de veículos. Já na esfera de veículos elétricos, Costa (2009) propõe a implementação de umcontrolador de tração num veículo elétrico, para tal utiliza um Data Logger responsável pelaobtenção de parâmetros indispensáveis para o desenvolvimento do modelo do veículo elétricoem questão. Costa (2009) realiza um ótimo trabalho de pesquisa onde sumariza vários tiposde sistemas Data Logger existentes no automobilismo esportivo, para traçar os requisitos doseu sistema Data Logger. Em sua pesquisa pode-se perceber que no automobilismo esportivoos Data Loggers utilizados possuem altas taxas de aquisição de dados, chegando a até 4 KHz.Este faz uma comparação das principais características destes sistemas na Tabela 1 mostrada aseguir. Tabela 1: Comparação das Principais características dos sistemas Data Logger. DL1 Digitek Cobra Digitek Shark RDL 8 entradas 16 entradas 16 entradas Entradas 12 entradas 12 bit 12 bit 12 bit Analógicas 0 – 12 V 0–5V 0–5V 4 entradas de 4 entradas de Entradas 2 rpm velocidade e velocidade e Digitais 4 velocidade rpm rpm GPS 5 Hz e Sensores acelerômetros Embutidos de 3 eixos 256 MB deArmazenamento Compact Flash 32 MB de 64 MB memória de Dados 32MB – 2 GB memória interna interna, Cartão CAN CAN CAN Comunicação RS232 Ethernet ARC Net Ethernet RS232, RS485 Ethernet Alimentação 12V 7 – 18 V 7 – 18 VFonte: Costa (2009). 12
  13. 13. Mais recentemente Norma et. al. (2011) desenvolvem um sistema de monitoramentoonline de variáveis de um veículo. Tem como objetivo gravar sua velocidade, rotações etemperatura do motor, volume de combustível e distância percorrida. Os dados são salvos namemória do microcontrolador e posteriormente são transmitidos pelo padrão de envio dedados seriais RS 232, para um computador onde os dados são analisados e validados por meiode dados de um navegador GPS externo. Os estudos apresentados que utilizam receptores GPS, citam que possuem receptorescom taxas de atualização que vão de 1 Hz até 5 Hz como Iscold et. al. (2005). No mercado,receptores GPS com taxas de atualização acima de 10Hz são bem raros e utilizados emaplicações muito específicas. Neste estudo pretende-se utilizar um receptor GPS com taxa deatualização padrão de 1 Hz, podendo o mesmo ser configurado para trabalhar com uma taxade atualização de até 10 Hz e então obter uma maior sensibilidade com relação à velocidadedesenvolvida pelo veículo. Por considerar sua taxa de atualização padrão suficiente para oestudo em questão a mesma será utilizada. Com relação às formas de armazenamento dos dados, cada estudo adota uma formadiferente, devido ao custo envolvido, tempo de desenvolvimento, materiais disponíveis entreoutros. Costa (2009) faz uma análise com relação a isto, e apesar de não considerar a memóriainterna da placa utilizada a melhor alternativa do ponto de vista técnica, resolve adotá-la, poisas outras soluções poderiam aumentar o tempo e o custo de desenvolvimento do sistema. Uma solução muito interessante é apresentada por Coopmans e Chen (2008) queutilizam cartões MicroSD juntamente com o sistema de arquivos FAT16 da Microsoft comoforma de armazenamento, e justificam a escolha citando que desta forma pode criar arquivosfacilmente modificáveis em qualquer sistema operacional moderno além do pequeno tamanhodestes cartões. Outra justificativa apresentada é o fato de que diversos fabricantes decomputadores portáteis já incluem leitores destes cartões. 13
  14. 14. 3. DESENVOLVIMENTO 3.1 CARACTERIZAÇÃO DINÂMICA DE UM VEÍCULO TERRESTRE De acordo com Gillespie (1992) o assunto dinâmica de veículos diz respeito aosmovimentos destes na superfície das estradas, sendo os movimentos de interesse a aceleraçãoe frenagem, o percurso e curvas. Onde o comportamento dinâmico é determinado pelas forçasimpostas ao veículo a partir dos pneus, gravidade e aerodinâmica. Gillespie (1992) considera o veículo uma massa concentrada em seu centro degravidade, momentos de inércia rotacionais apropriados o que segundo o mesmo édinamicamente equivalente ao veículo em todos os seus movimentos onde é razoável assumiro veículo como sendo rígido. Apresenta dois sistemas de coordenadas adotados porconvenção pela SAE, sendo o primeiro referenciado ao próprio veículo e o segundo a Terra. Figura 2 – Sistema de Coordenadas SAE Fonte: adaptado de Gillespie (1992). 3.1.1 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO AO VEÍCULO Neste o centro de gravidade é a origem do sistema de coordenadas e pela convençãoSAE, as coordenadas são: x – Para frente e no plano longitudinal de simetria. y – Para fora da lateral direita do veículo. z – Para baixo com relação ao veículo. p – Velocidade de rolagem sobre o eixo x. q – Velocidade de arfagem sobre o eixo y. r – Velocidade de guinada sobre o eixo z. 14
  15. 15. 3.1.2 SISTEMA DE COORDENADAS REFERENCIADO A TERRA Atitude e trajetória do veículo através de um curso de manobra definido em relação aosistema de coordenadas ortogonal da mão direita referenciado à Terra, onde as coordenadassão: X – Deslocamento para frente. Y – Deslocamento para a direita. Z – Deslocamento vertical (Positivo para baixo). Ψ – Ângulo de ataque (ângulo entre x e X no plano do terreno). ν – Ângulo de curso (ângulo entre o vetor velocidade do veículo e o eixo X ). β – Ângulo de derrapagem (ângulo entre o eixo x e o vetor velocidade do veículo). Figura 3 – Veículo num Sistema de Coordenadas Referenciado a Terra Fonte: adaptado de Gillespie (1992). Segundo Caldas (2008 apud Robert, 1986, p. 26), as características dos veículosterrestres são definidas de acordo com os termos abaixo, sendo que cada um está relacionadoa uma das dinâmicas ao longo dos eixos de referência:  Desempenho: capacidade do veículo de acelerar e desacelerar, sendo relacionado com a dinâmica longitudinal (eixo x);  Dirigibilidade: é a resposta do veículo aos comandos aplicados pelo condutor no volante e a sua estabilidade em relação às excitações externas, sendo relacionada com a dinâmica lateral (eixo y);  Conforto: são as respostas do veículo às vibrações provocadas pelo terreno sobre o qual trafega, sendo relacionada com a dinâmica vertical (eixo z). 15
  16. 16. 3.2 CONVERSÃO DIGITAL - ANALÓGICO (D/A) Diversas são as formas de se converter um sinal digital em analógico e segundoehobbycorner (n.d.) a rede R/2R é a mais simples e popular delas. Desta forma esta seráutilizada neste estudo, a mesma terá uma resolução de 10 bits, taxa de atualização de 1 Hz efaixa de 0 a 3,3V (0 a 200 Km/h). Na Figura 4 a seguir é mostrada uma rede R/2R de 10 bits. Figura 4: Rede R/2R Fonte: adaptado de ehobbycorner (n.d.). O funcionamento destas redes é bem simples, cada entrada digital “enxerga” a redecomo um divisor de tensão, entregando seu peso binário à saída. Se o dígito mais significativo(MSB) está em nível alto, metade da tensão aplicada a esta entrada pode ser medida na saída.O próximo dígito irá colocar na saída um quarto de sua tensão e assim sucessivamente. E aEquação (1) a seguir apresenta como é determinada a tensão da saída analógica. ( ) (1) Sendo Dx o dado binário (0 ou 1) do pino x e VLOGIC é a tensão lógica de nível altoaplicada às entrada. Para este trabalho a tensão lógica de nível alto será de 3,3V. 3.3 ACELERÔMETRO Acelerômetros são dispositivos que medem aceleração. Neste trabalho são medidas asacelerações longitudinal, lateral e vertical do veículo por meio do acelerômetro MMA7361L. 16
  17. 17. Figura 5: Acelerômetro MMA7361 Fonte: Sparkfun (n.d.). O MMA7361L é um acelerômetro de 3 eixos de baixo consumo, opera com umatensão de alimentação de 3,3V, possui sistema de condicionamento de sinal utilizando filtrospassa baixas, sistema para seleção de faixa (±1,5G ou ±6G) e é usualmente utilizado paradetecção de queda livre e como sensor de movimento. Para este trabalho será utilizado a faixade ±1.5G e a sensibilidade de 800 mV/G. 3.4 GIRÔMETRO O girômetro é um dispositivo que mede velocidades angulares e permite determinar aatitude do veículo em relação a sua trajetória. Neste trabalho são medidas as velocidadesangulares nos eixos de guinada, rolagem e arfagem do veículo por meio de dois girômetros dedois eixos, LPY550AL e LPR550AL, os quais operam com uma tensão de alimentação de3,3V. Figura 6: Girômetros LPY550AL e LPR550AL Fonte: Pololu (n.d.). Os girômetros utilizados possuem uma faixa de medição configurável (±500°/s e±2000°/s), sendo utilizados neste trabalho a faixa de ±500°/s e a sensibilidade de 2mV/°/s. 17
  18. 18. 3.5 SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL (GPS) O Global Positioning System (GPS), ou em português Sistema de PosicionamentoGlobal é um sistema de navegação por satélite formado por uma “constelação” de 24 satélitesbem espaçados que orbitam a Terra e permitem que um receptor móvel localize com precisãosua localização geográfica desde que se encontre no campo de visão de no mínimo quatrosatélites (searchmobilecomputing, n.d.). O desenvolvimento do sistema americano foi iniciado em 1973 peloDepartamento de Defesa dos Estados Unidos da América para que pudesse superar aslimitações dos sistemas de navegação existentes (Bernardi & Landim, 2002). 3.5.1 PROTOCOLO NMEA 0183 Os aparelhos e chips GPS no mercado utilizam o protocolo NMEA 0183, que é umconjunto de especificações de dados e elétricas para comunicação de dispositivos eletrônicosde navegação. Os dados são enviados pela porta serial na forma de caracteres ASCII, assentenças se iniciam pelo caractere “$” e terminam com <CR><LF> (NMEA, 2001). Neste trabalho a sentença a ser utilizada será a identificada por RMC (RecommendedMinimum Navigation Information, ou em português Informação Mínima Recomendada paraNavegação), que segue o seguinte formato. Tabela 2: Formato da Sentença Utilizada Velocidade acima do solo em milhas 1 Hora (UTC) 7 náuticas Status - “A” = informação válida e “V” = 2 8 Heading (Direção) informação inválida 3 Latitude 9 Data – DDMMAAA 4 N ou S, para Norte ou Sul 10 Variação magnética em graus Letra que denota a direção da variação 5 Longitude 11 magnética, E ou W, para Leste ou Oeste 6 E ou W, para Leste ou Oeste 12 Checksum (Verificação)Fonte: The NMEA 0183 Protocol (2001). 18
  19. 19. 3.5.2 RECEPTOR GPS FASTRAX UP501 O receptor GPS UP501 da Fastrax possui uma antena integrada o que possibilita umanavegação de alto desempenho nas aplicações mais exigentes mesmo em ambientes de baixavisibilidade de satélites. Possui 66 canais de aquisição e 22 de rastreamento, uma taxa deatualização configurável de até 10 Hz. A comunicação com este é módulo é feita de formaserial (8 bits, sem paridade, 1 bit de parada), por meio do protocolo NMEA 0183 (Fastraxgps,n.d.). O receptor utilizado opera com uma tensão de alimentação de 3,3V e será utilizadocom uma taxa de transmissão de dados de 9600bps e taxa de atualização de 1 Hz. 3.6 COMUNICAÇÃO SPI (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS) A comunicação SPI é um protocolo síncrono desenvolvido pela Motorola, que operano modo full duplex e é composto por 4 canais. Os dispositivos se comunicam num modomestre/escravo onde o mestre inicia a comunicação (Wikipedia - Serial Peripheral InterfaceBus, n.d.). A Figura 7 abaixo mostra a disposição de um barramento SPI típico, formado por ummestre e três escravos independentes. Figura 7: Barramento SPI Típico (1 Mestre e 3 Escravos Independentes) Fonte: Wikipedia - Serial Peripheral Interface Bus, (n.d.). 19
  20. 20. 3.7 CARTÕES DE MEMÓRIA Segundo Ibrahim (2010) um cartão de memória flash é um dispositivo dearmazenamento de dados e foi inicialmente desenvolvido pela Toshiba na década de 80 eestes guardam os dados mesmo depois que a fonte de energia é desconectada. Isto é a chavepara as aplicações que utilizam cartões de memória flash, como por exemplo, telefonescelulares, câmeras digitais e MP3 Players. Diversos são os tipos me memória flash, como porexemplo: Cartão Smart Media (SM), Cartão Multimedia (MMC), Cartão Compact Flash(CF), Cartão Memory Stick (MS), Microdrive, Cartão xD e Cartão Secure Digital (SD). 3.7.1 CARTÃO SD (Secure Digital Card) Este é o mais amplamente utilizado nos dias de hoje, e foi inicialmente desenvolvidopela Matsushita, Sandisk e Toshiba em 2000. Os cartões SD comuns estão disponíveis comcapacidades que vão de 4MB a 4GB, um novo tipo de cartão SD chamado de cartão SD dealta capacidade (SDHC) foi desenvolvido com capacidades de até 32GB. Por fim uma novaespecificação chamada de “eXtended Capacity” (SDXC) permite que as capacidades cheguema 2 TB. A taxa de transferência de dados é de aproximadamente 15-20 MB/s e os cartões SDnormais operam com tensões entre 2,7 e 3,6V (Ibrahim, 2010). Apresentam-se em diferentes tamanhos e são classificados em: SD normal, miniSD emicroSD, como pode ser observado na Figura 8 abaixo. Figura 8: Cartões SD Fonte: Ibrahim (2010) 20
  21. 21. 3.7.2 ESTRUTURA DETALHADA Os cartões SD normais possuem 9 pinos e uma chave de proteção contra escritaindesejada. Estes podem operar de dois modos: o modo barramento SD (SD Bus Mode) e omodo barramento SPI (SPI Bus Mode), sendo que o modo barramento SD é modo nativodeste cartão, onde todos os pinos são utilizados; os dados são transferidos utilizando quatropinos (D0-D3), um pino de clock e uma linha de comando (Ibrahim, 2010). Mas o modo mais amplamente utilizado é o modo barramento SPI (SPI Bus Mode),que permite que os dados sejam transferidos em duas linhas (D0 e DI) no formato serialusando um pino de seleção de chip (CS) e uma linha de clock (CLK). Este modo é mais fácilde se utilizar, mas tem desempenho reduzido em relação ao modo barramento SD (SD BusMode) (Ibrahim, 2010). 3.8 SISTEMA DE ARQUIVOS Um sistema de arquivos é uma estrutura que determina como os arquivos serãoguardados, acessados, copiados, alterados e até apagados. Este então faz se necessário paraqualquer manipulação de dados em um dispositivo de armazenamento (Alecrim, 2011). FAT é o acrônimo de “File Allocation Table”, ou em português, Tabela de Alocaçãode Arquivos, sua primeira versão surgiu em 1977 onde operava com o sistema operacionalMS-DOS e seguiu sendo utilizado até o Windows 95. Nada mais é do que uma espécie detabela que indica onde estão os dados de cada arquivo, pois o espaço destinado aoarmazenamento dos dados nos dispositivos de armazenamento é dividido em blocos (clusters)e os arquivos podem ocupar mais de um bloco e não necessariamente os blocos sãosequenciais, desta forma, faz se necessária esta tabela que os organiza (Alecrim, 2011). Com o desenvolvimento dos dispositivos de armazenamento, os quais tiveram suascapacidades de armazenamento aumentadas este se tornou ineficaz, pois o mesmo só possuía12 bits de endereçamento, ou seja, 212 = 4096 setores com tamanho máximo de 4 KB,resultando numa capacidade máxima de 16MB, o que é quase nada para os dias de hoje. Foientão desenvolvido o FAT16, sistema de arquivos que será utilizado neste estudo, o qualainda é amplamente utilizado apesar de ter sido substituído pela Microsoft em 1996 com olançamento do FAT32. O FAT16 possui 216 = 65536 setores com tamanho máximo de 32KB,ou seja, 2GB, o que é suficiente para o estudo em questão (Alecrim, 2011). 21
  22. 22. 3.9 MICROCONTROLADOR Em poucas palavras, poderíamos definir o microcontrolador como um “pequeno”componente eletrônico, dotado de uma “inteligência” programável, utilizado no controle deprocessos lógicos (Souza, 2001). Os microcontroladores PIC são fabricados pela Microchip e estes têm núcleos deprocessamento de 12, 14 e 16 bits. Vários são os modelos disponíveis e estes contam comuma enorme diversidade de periféricos internos. Apresentam uma arquitetura Harvard, onde amemória de dados está separada da memória de programa. Assim, é possível um acessoconcorrente às duas memórias e assim, obter uma maior velocidade de funcionamento. Sãodispositivos RISC (Reduced Instruction Set Computer) onde as instruções levamaproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas (Wikipedia -Microcontrolador PIC, n.d.). Estes microcontroladores podem ser programados em diversas linguagens, comoAssembly, Basic, e C, sendo esta última, a linguagem utilizada neste trabalho. Dois foram oscompiladores utilizados para a programação destes microcontroladores, PCWHD v1.114 PICC Compiler da CCS e o Mikro C PRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica. O microcontroladores escolhidos para este estudo foram o PIC18LF4620 e oPIC18LF452 da Microchip, e estes foram escolhidos devido ao seu baixo custo, elevadamemória, além do grande número de periféricos internos disponíveis. 3.10 GRAVADOR DE PIC Para a gravação dos microcontroladores foi utilizado o gravador serial Multi PICProgrammer 5 Versão 2, que foi projetado por Feng3 e baseado nos programadores JDM.Este é capaz de programar uma grande diversidade de modelos de forma simples e rápida comuso de um software, neste estudo o software utilizado nas gravações foi o PICPgmDevelopment Programmer 1.5.8.0. O gravador já havia sido anteriormente construído pormim em placa de circuito impresso e na Figura 9 a seguir pode se observar uma fotografia domesmo. 22
  23. 23. Figura 9: Gravador Multi PIC Programmer 5 Versão 2 Fonte: Própria (2012). 3.11 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA O desenvolvimento do sistema foi dividido em três etapas: desenvolvimento dosoftware, simulação e confecção do hardware. 3.11.1 SOFTWARE A implementação dos algoritmos de cada um dos microcontroladores foi realizada emsoftwares distintos. O algoritmo do microcontrolador responsável pela aquisição dos dadosdos sensores foi implementado no PCWHD v1.114 PIC C Compiler da CCS enquanto oalgoritmo do microcontrolador responsável pela gravação dos dados foi implementado noMikro C PRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica. A decisão de implementar os sistemas em compiladores distintos, se deve ao fato de oautor ter uma maior familiaridade com o software PIC C Compiler, onde o mesmo iniciou odesenvolvimento deste trabalho. Mas como uma grande dificuldade de implementação daestrutura de gravação de dados utilizando o sistema de arquivos FAT e este software foipercebida, decidiu-se pela a implementação do sistema de gravação de dados no Mikro CPRO for PIC v4.60.0.0 da Mikroeletronica, no qual foi possível obter uma maior quantidadede informações sobre como implementar o sistema de arquivos FAT e rapidamente a situaçãofoi resolvida. Nas Figuras 10 e 11 a seguir são apresentados fluxogramas simplificados dosalgoritmos implementados nos dois microcontroladores utilizados para um melhorentendimento dos mesmos. 23
  24. 24. Figura 10: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de aquisição de dados Fonte: Própria (2012). 24
  25. 25. Figura 11: Fluxograma simplificado do algoritmo do sistema de gravação de dados Fonte: Própria (2012). Nos anexos I, II são apresentados os algoritmos do sistema de aquisição de dados e dosistema de gravação de dados respectivamente. 3.11.2 SIMULAÇÃO Com o intuito de testar e aperfeiçoar o código desenvolvido, foi utilizada a interfacede simulação ISIS do software Proteus 7 Professional da Labcenter Electrocnics, como pode-se observar na Figura 12 a seguir. 25
  26. 26. Figura 12: Simulação do sistema GND GND ACELERÔMETRO VDD CONVERSOR D/A RV1 RV2 RV3 C2 C1 R21 VOUT B10 22pF 22pF X1 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE SINAIS 10k2 X Y Z 10% 20% 30% U1 R22 X 2 15 RA0/AN0/C1IN- RC0/T1OSO/T13CKI 5k6 Y 3 16 CRYSTAL GND 4 RA1/AN1/C2IN- RC1/T1OSI/CCP2B 17 B9 R20 1k 1k 1k RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A GND VDD5 18 RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL 10k2 6 23 RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA Z 7 24 R11 RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO 14 25 TX_RX RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK 5k6 13 26 RX_TX GIRÔMETRO VDD RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT 33 19 B1 B8 R19 RB0/AN12/FLT0/INT0 RD0/PSP0 34 20 B2 RV4 RV5 RV6 RB1/AN10/INT1 RD1/PSP1 10k2 35 21 B3 RB2/AN8/INT2 RD2/PSP2 36 22 B4 R10 RB3/AN9/CCP2A RD3/PSP3 37 27 B5 roll pitch yaw R24 38 RB4/KBI0/AN11 RD4/PSP4 28 B6 5k6 40% 50% 60% RB5/KBI1/PGM RD5/PSP5/P1B B9 39 29 B7 82 B10 40 RB6/KBI2/PGC RD6/PSP6/P1C 30 B8 B7 R18 RB7/KBI3/PGD RD7/PSP7/P1D D2 10k2 1k 1k 1k LED-RED 8 roll RE0/RD/AN5 GND 9 pitch R9 RE1/WR/AN6 GND 10 yaw RE2/CS/AN7 5k6 1 RE3/MCLR/VPP M1 B6 R17 PIC18F4620 R1 VDD MMC 10k2 1k GND R8 GND 5k6 GND Card GND C3 C4 U2 GPS Multimedia R16 B5 GND 22pF 22pF X2 2 RA0/AN0/C1IN- RC0/T1OSO/T13CKI 15 10k2 3 16 RA1/AN1/C2IN- RC1/T1OSI/CCP2B 4 RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A 17 R7 5 RA3/AN3/C1IN+/VREF+ RC3/SCK/SCL 18 C5 C6 5k6 6 23 22pF 22pF CRYSTAL RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA SISTEMA GRAVAÇÃO DE DADOS CLK 7 24 X3 DO R15 CS DI RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RC5/SDO U4 14 25 RX_TX B4 RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK 13 26 13 15 10k2 RA7/OSC1/CLKI RC7/RX/DT OSC1/CLKI RC0/T1OSO/T1CKI 1 16 MCLR/VPP RC1/T1OSI/CCP2A 33 RB0/AN12/FLT0/INT0 RD0/PSP0 19 CRYSTAL RC2/CCP1 17 R6 34 20 2 18 5k6 RB1/AN10/INT1 RD1/PSP1 RA0/AN0 RC3/SCK/SCL 35 21 R26 3 23 RB2/AN8/INT2 RD2/PSP2 RA1/AN1 RC4/SDI/SDA R25 36 22 VDD 4 24 RB3/AN9/CCP2A RD3/PSP3 RA2/AN2/VREF- RC5/SDO B3 R14 180 37 27 1k 5 25 RB4/KBI0/AN11 RD4/PSP4 RA3/AN3/VREF+ RC6/TX/CK 38 28 6 26 TX_RX RB5/KBI1/PGM RD5/PSP5/P1B RA4/T0CKI RC7/RX/DT 10k2 39 29 7 RB6/KBI2/PGC RD6/PSP6/P1C RA5/AN4/SS/LVDIN 40 RB7/KBI3/PGD RD7/PSP7/P1D 30 14 RA6/OSC2/CLKO RD0/PSP0 19 R5 20 5k6 RD1/PSP1 8 33 21 RE0/RD/AN5 RB0/INT0 RD2/PSP2 D3 RE1/WR/AN6 9 34 RB1/INT1 RD3/PSP3 22 R13 LED-RED 10 35 27 B2 RE2/CS/AN7 RB2/INT2 RD4/PSP4 1 36 28 10k2 RE3/MCLR/VPP RB3/CCP2B RD5/PSP5 R23 GND 37 29 RB4 RD6/PSP6 PIC18F4620 180 38 RB5/PGM RD7/PSP7 30 R4 39 5k6 RB6/PGC R12 40 8 RB7/PGD RE0/RD/AN5 VDD 9 RE1/WR/AN6 B1 R2 1k 10 RE2/CS/AN7 D1 10k2 LED-RED PIC18F452 GND R3 GND 10k2 GND Fonte: Própria (2012). Devido a limitações do software de simulação, já que o mesmo não conta commodelos de acelerômetros, girômetros e receptores GPS disponíveis, soluções criativastiveram que ser adotadas para contornar estes inconvenientes. Como o acelerômetro e girômetro, ambos de 3 eixos, possuem saídas analógicas,foram adicionados nos lugares destes divisores resistivos de tensão por meio de 6potenciômetros e suas saídas de tensão foram conectadas às entradas de tensão analógicas domicrocontrolador PIC responsável pela aquisição de dados. No caso do receptor GPS, que possui uma saída serial de dados, um microcontroladorPIC foi programado para simulá-lo, enviando continuamente “palavras” que obedecem aopadrão determinado pelo protocolo NMEA 0183, como é feito pelo receptor GPS. Para que a gravação dos dados pudesse ser simulada, por meio do software WinImage8.50 da Gilles Vollant um arquivo que cria a “imagem” de um cartão com um sistema de 26
  27. 27. arquivos FAT foi criado e sua localização foi configurada no modelo de cartão da interface desimulação ISIS do software Proteus 7 Professional. Desta forma, foi possível uma simulação total do sistema, o que permitiu uma menornecessidade de modificações e ajustes na etapa de síntese do mesmo. 3.11.3 HARDWARE Após o término das simulações, o próximo passo tomado foi a síntese do sistema.Inicialmente o mesmo foi montado em matriz de contatos (protoboard) para que todos osajustes necessários fossem feitos, para posteriormente partir para a confecção de uma versãodefinitiva em placa de circuito impresso (PCI). Para a confecção das PCI´s foi utilizada ainterface de criação de PCI´s ARES do software Proteus 7 Professional da LabcenterElectrocnics. Nas Figuras 13, 14 e 15 são mostradas as imagens das PCI´s da fonte de alimentaçãodos sistemas de aquisição e gravação de dados, sistema de aquisição de dados e sistema degravação de dados respectivamente, roteadas pelo software ARES. Figura 13: PCI da fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados Fonte: Própria (2012). Figura 14: PCI do sistema de aquisição de dados Fonte: Própria (2012). 27
  28. 28. Figura 15: PCI do sistema de gravação de dados Fonte: Própria (2012). Após o roteamento das PCI´s, feitas utilizando o software ARES, as mesmas foramconfeccionadas como pode se observar nas Figuras 16, 17 e 18 mostradas a seguir. Figura 16: Fonte de alimentação dos sistemas de aquisição e gravação de dados Fonte: Própria (2012). Figura 17: Sistema de aquisição de dados Fonte: Própria (2012). 28
  29. 29. Figura 18: Sistema de gravação de dados Fonte: Própria (2012). Nos anexos III, IV são apresentados os esquemáticos da fonte e do sistema deaquisição de dados e do sistema de gravação de dados respectivamente. 29
  30. 30. 4. RESULTADOS Após o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados, foi feito um trajeto com omesmo embarcado em um veículo. Foi feita também uma aquisição de dados com o sistema em repouso e com os eixoscoordenados adequadamente posicionados, a partir desta foi calculada a tendência dos dados ea correção que deveria ser aplicada nos dados que posteriormente fossem obtidos com estesistema. Tal correção foi aplicada nos dados a seguir e os mesmos podem ser observados nasfiguras a seguir. Figura 19: Trajeto percorrido traçado no Google Earth Fonte: Própria (2012). Neste trajeto mostrado na Figura 19 foi percorrida uma distância total de 3,26 Km,tendo sido este iniciado na Avenida Leite de Castro, 774 e finalizado na Rua Tomé Portes del-Rei na altura do posto de gasolina Santa Cruz, na cidade de São João del-Rei – MG. Na Figura 20 mostrada a seguir é apresentada a velocidade desenvolvida pelo veículono qual o sistema estava embarcado durante o trajeto descrito anteriormente. Como é usualem percursos urbanos, a velocidade é bastante irregular e marcada por diversas frenagens eacelerações. 30
  31. 31. Figura 20: Velocidade desenvolvida pelo veículo Velocidade Desenvolvida 75,0000 65,0000 Velocidade (Km/h) 55,0000 45,0000 35,0000 25,0000 15,0000 5,0000 -5,0000 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). Na Figura 21 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Roll, ouseja apresenta o movimento de rolagem do veículo durante o trajeto percorrido. A máximavelocidade de giro obtida neste eixo foi de 29,14°/s e a mínima de -24,02°/s. Figura 21: Velocidade de giro - Eixo Roll Velocidade de Giro - Eixo Roll (Rolagem) 35 Velocidade de Giro (°/s) 25 15 5 -5 -15 -25 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). 31
  32. 32. Na Figura 22 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Pitch, ouseja apresenta o movimento de arfagem do veículo durante o trajeto percorrido. A máximavelocidade de giro obtida neste eixo foi de 25,52°/s e a mínima de -55,03°/s. Figura 22: Velocidade de giro - Eixo Pitch Velocidade de Giro - Eixo Pitch (Arfagem) 30 Velocidade de Giro (°/s) 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). Na Figura 23 mostrada a seguir é apresentada a velocidade de giro no eixo Yaw, ouseja apresenta o movimento de guinada do veículo durante o trajeto percorrido. A máximavelocidade de giro obtida neste eixo foi de 31,83°/s e a mínima de -35,84°/s. Figura 23: Velocidade de giro - Eixo Yaw Velocidade de Giro - Eixo Yaw (Guinada) 30 Velocidade de Giro (°/s) 20 10 0 -10 -20 -30 -40 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). 32
  33. 33. Na Figura 24 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo x, quecomo dito anteriormente mostra a característica de desempenho do veículo, que é acapacidade do mesmo de acelerar e desacelerar e é relacionado à dinâmica longitudinal doveículo. A máxima aceleração obtida neste eixo foi de 0,56 G e a mínima de -0,37 G. Figura 24: Aceleração – Eixo X Aceleração - Eixo X 0,8 0,6 Aceleração (G) 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). Na Figura 25 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo y, quecomo dito anteriormente mostra a característica de dirigibilidade do veículo, que é a respostado veículo aos comandos aplicados pelo condutor no volante e a sua estabilidade em relaçãoàs excitações externas, sendo relacionada com a dinâmica lateral do veículo. A máximaaceleração obtida neste eixo foi de 0,43 G e a mínima de -0,51 G. Figura 25 Aceleração – Eixo Y Aceleração - Eixo Y 0,5 0,3 Aceleração (G) 0,1 -0,1 -0,3 -0,5 -0,7 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). 33
  34. 34. Na Figura 26 mostrada a seguir é apresentada a aceleração do veículo no eixo z, quecomo dito anteriormente mostra a característica de conforto do veículo, que são as respostasdo veículo às vibrações provocadas pelo terreno sobre o qual trafega, sendo relacionada com adinâmica vertical do veículo. A máxima aceleração obtida neste eixo foi de 1,77 G e amínima de 0,39 G. Figura 26 Aceleração – Eixo Z Aceleração - Eixo Z 1,9 1,75 1,6 Aceleração (G) 1,45 1,3 1,15 1 0,85 0,7 0,55 0,4 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). Apesar de o sistema de aquisição de dados desenvolvido não possuir um altímetrointegrado, pôde-se traçar um perfil de elevação do trajeto percorrido por meio dascoordenadas geográficas obtidas pelo receptor GPS, do banco de dados SRTM 3 da NASA edo site www.gpsvizualizer.com. O SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), ou emportuguês Missão Topográfica Radar Shuttle é um esforço internacional de pesquisa paraobter modelos digitais do terreno da zona da Terra entre 56 °S e 60 °N para gerar uma basecompleta de cartas topográficas digitais terrestres de alta resolução. Para coordenadasgeográficas dentro do território norte americano conta-se com uma resolução de 30m e umaresolução de 90m para coordenadas geográficas fora do território norte americano. Na Figura 27 mostrada a seguir é apresentado o perfil de elevação do trajetopercorrido com o sistema desenvolvido, sendo a altitude de 915,50m a máxima altitude obtidae a altitude de 888,20m a mínima altitude obtida durante tal percurso. 34
  35. 35. Figura 27: Perfil de elevação do trajeto percorrido Perfil de Elevação 920,00 915,00 910,00Altitude (m) 905,00 900,00 895,00 890,00 885,00 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 Tempo (s) Fonte: Própria (2012). 35
  36. 36. 5. CONCLUSÃO Ao fim do trabalho, ao analisar os resultados obtidos pode-se considerar que osresultados obtidos são satisfatórios. Como planejado no início deste estudo, foi possível pormeio do sistema desenvolvido, realizar a aquisição e o armazenamento de sinais de umreceptor GPS, um acelerômetro e um girômetro de três eixos, além de uma saída analógica de10 bits cuja tensão de saída é proporcional à velocidade desenvolvida pelo veículo no qual osistema estiver embarcado. Além disto, pôde-se traçar um perfil de elevação do trajetopercorrido por meio de das coordenadas geográficas obtidas pelo receptor GPS, do banco dedados SRTM 3 da NASA e do site www.gpsvizualizer.com. Espera-se que este sistema possa de alguma forma contribuir para a comunidadecientífica no desenvolvimento de veículos elétricos. É importante salientar que o sistema pode e precisa de aprimoramentos para que possacontribuir de forma mais significativa. Alguns melhoramentos sugeridos são:  Inclusão de um altímetro integrado, pois desta forma uma melhor precisão no perfil de elevação poderá ser obtido.  A desvinculação da leitura dos canais analógicos e atualização da saída analógica da interrupção serial, ou seja, a criação de uma interrupção serial para a aquisição dos dados do receptor GPS e interrupções de tempo para a leitura dos canais analógicos e atualização da saída analógica. Desta forma, o sistema poderia realizar a aquisição dos sinais analógicos e a atualização da saída analógica em frequência superiores a frequência de atualização do receptor GPS.  Filtragem de ruídos dos dados para uma melhor visualização dos mesmos e para que estes se tornem mais significativos. Por fim, é importante evidenciar a experiência e o aprendizado adquiridos pelo autordurante a realização deste trabalho. 36
  37. 37. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASAlecrim, E. (20 de Fevereiro de 2011). Sistema de Arquivos FAT16 e FAT32. Acesso em 06 de Abril de 2012, disponível em Infowester: http://www.infowester.com/fat.phpBaran, R., & Legey, L. F. (Novembro de 2010). XIII Congresso Brasileiro de Energia. Acesso em 14 de Abril de 2012, disponível em Associação Brasileira do Veículo Elétrico: http://www.abve.org.br/downloads/Veiculos_eletricos_perspectivas_Brasil_BNDES.p dfBernardi, J. V., & Landim, P. M. (2002). Texto Didático. Aplicação do Sistema de Posicionamento Global (GPS) na Coleta de Dados.Caldas, A. C. (Novembro de 2008). Dissertação de Mestrado. Validação Metrológica de um Sistema de Aquisição de Dados para Reconstrução de Traçados de Veículos Terrestres. Rio de Janeiro, Brasil: PUC-Rio.Coopmans, C.; Chen, Y. (Setembro de 2008). IEEE AUTOTESTCON 2008, Salt Lake City, UT. A General-Purpose Low-Cost Compact Spatial-Temporal Data Logger and Its Applications, 64 - 68 . USA: Center for Self-Organizing and Intelligent Systems (CSOIS), Utah State University.Costa, N. L. (Julho de 2009). Dissertação de Mestrado. Implementação de um controlador de tracção num veículo eléctrico. Porto, Portugal: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.Fastraxgps. (n.d.). Fastraxgps. Acesso em 2012 de 04 de 06, disponível em Fastraxgps: http://www.fastraxgps.com/products/gpsantennamodules/500series/up501/Fertitta, G.; Di Stefano, A.; Fiscelli, G.; Giaconia, C. G. (Junho de 2009). An Embedded Datalogger with a Fast Acquisition Rate for In-Vehicle Testing and Monitoring, 105 - 110. Palermo, Italy: Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Università degli Studi di Palermo.Gillespie, T. D. (1992). Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale: Society of Automotive Enginners, Inc. 37
  38. 38. Hackbart, T. (Novembro de 2008). Dissertação de Mestrado. Utilização de Veículos Aéreos não Tripulados e Desenvolvimento de um Sistema de Aquisição de Dados de baixo Custo para Sondagem Atmosférica. Pelotas, Rio Grande do Sul, Brasil: Universidade Federal de Pelotas.Ibrahim, D. (2010). SD card projects using the PIC microcontroller. Burlington, MA: Newnes/Elsevier.Iscold, P. O., & Silva, F. M. (Junho de 2005). 4o Congresso Temático de Dinâmica, Controle e Aplicações, Bauru, 2005. Sistema de ensaios em vôo para aeronaves leves – CEA- FDAS. 4º Congresso Temático de Dinâmica, Controle e Aplicações.Ltd., F. (29 de Outubro de 2010). TECHNICAL DESCRIPTION. Fastrax UP501 GPS Receiver.Ministério de Minas e Energia. (2011). Balanço Energético Nacional - 2011 (Ministério de Minas e Energia) Ano base de 2010. Acesso em 14 de Abril de 2012, disponível em Ministério de Minas e Energia: https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2011.pdf(n.d.). Acesso em 2012 de 04 de 06, disponível em searchmobilecomputing: http://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/Global-Positioning-System(n.d.). Acesso em 06 de 04 de 2012, disponível em ehobbycorner: http://www.ehobbycorner.com/pages/article_r2r.html(n.d.). Acesso em 12 de 10 de 2012, disponível em GPSVisualizer: http://www.gpsvisualizer.com/map_input?form=googleearth; http://www.gpsvisualizer.com/elevationWikipedia - Microcontrolador PIC. (n.d.). Acesso em 06 de Abril de 2012, disponível em Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador_PICWikipedia - Serial Peripheral Interface Bus. (n.d.). Acesso em 06 de 04 de 2012, disponível em Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_BusNMEA. (Agosto de 2001). The NMEA 0183 Protocol. Acesso em Janeiro de 2012, disponível em Instytut Informatyki - Politechnika Poznanska: http://www.cs.put.poznan.pl/wswitala/download/pdf/NMEAdescription.pdf 38

×