[PRJ32][Christopher] Aula 4 – arduino,mems,prog v2

▪ Missão ExoMars
▪ Foguete Proton
▪ Lançamento: 14/03/2016
▪ http://www.esa.int/Our_Activities/Spac
e_Science/ExoMars
▪ http://www.esa.int/Education/The_ES
A_Academy_is_born
lifting off on a Proton-M rocket
from Baikonur, Kazakhstan, at
09:31 GMT (10:31 CET) on 14
March 2016.
Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.

Aula 4 – Arduino e
suas capacidades,
Sensores MEMS,
Programação na IDE
Arduino e Matlab.
MSc. Christopher S. Cerqueira

Cronograma das Apresentações
(Christopher)
Aula 1 22/02 Apresentação
Aula 4 14/03 Arduino e suas capacidades, Sensores
MEMS, Programação na IDE Arduino e
Matlab.
Aula 6 28/03 NanoSats, Software Embarcado e o papel da
computação no ciclo de vida espacial. Aceitação
de Software ( HIL).
Aula 14 02/05 Programando controle por eventos e dinâmicos
no Arduino

O que eu espero para a próxima
Semana:
Documento sobre a carga-útil
1. Necessidade do cliente (necessidades, reqs, missão)
2. Arquiteturas da Carga-Útil (físico, elétrico, lógico)
3. Arquitetura da Estação (lógico)
4. Análises (riscos, custos, alternativas, programa)
• Sugestão de tópicos na atividade do dia 7/3
• Caprichem nos diagramas/desenhos
• No Moodle tem 2 exemplos de documentos da ESA

Definir melhor o escopo:
Qual o Conceito da Missão?
Transmitir telemetrias
Recuperar memória armazenada
Chave de
ignição
Estação
de Solo
Antena:
roteador

Definir melhor o escopo:
Quais são os elementos relacionados?
Segmento
Lançador
Traj
Prop
Stru
Base
Aero
Rec
Carga
útil
SW
Comm
SensOBC
PW
Segmento
Solo
Comm
SW
Voo
SW
Rec
HW
Logística Integração

E qual foi a divisão de tarefas?
Segmento
Lançador
Traj
Prop
Stru
Base
Aero
Rec
Carga
útil
SW
Comm
SensOBC
PW
Segmento
Solo
Comm
SW
Voo
SW
Rec
HW
Logística
Integração

Árvore de Produto
Lançador
Estr
Corpo
Suportes
Aletas
Propulsor Coifa
Estru
Suporte
Carga
Encaixe
Corpo
Base
Apontador
Ignição
Carga
HW
Sensores
Memória
Transmissor
Bateria
Computador
SW
Solo
SW
Voo
Recuperação
Hw
Telecom
PC
Bateria

Cronograma
Concept Devel Integration Launch End
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
XYZ
T[0] T[end]

Requisitos ( 3 “eras”)
▪ Requisito Textual
REQ001 – O churrasco do curso de inverno deve conter carne.
▪ Requisito Diagramático
▪ Requisito dinâmico (modelo/simulação)

Sugestões de ferramentas
▪ Modelagem 3D:
▪ (ex-Google) SketchUp
▪ Free + exporta modelo para o SolidWorks + Mais fácil de usar + grande
biblioteca de modelos prontos
▪ Diagramação de conceitos, fluxogramas e requisitos
▪ OPCat
▪ Editor da metodologia OPM – Instalador está no Moodle
▪ DIA
▪ Diagramador de propósito geral
▪ Soluções de eletrônica (visão protoboard/esquema elétrico/layout
de PCB):
▪ Frietzing
▪ Famoso diagramador de circuitos usando Arduino

Sistema Computacional
Processador
Memória
Entradas /
Saídas
lê/armazena instruções/dados
importa/exporta dados
Sensores
Atuadores
Interfaces
Alimentação

História
dt = 70 anos
https://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC
ENIAC was announced in 1946
5,000 cycles per second

Microcontroladores
ANALOGIA
https://pt.wikipedia.org/wiki/Stuxnet


Microprocessor x Microcontroller x
Application Processor
“apenas processa”
Chip dedicado a
uma tarefa
Utilidade genérica.
“solução completa”
Possui processador,
memória e
controladores de
interface
Foco industrial e
automação
“solução completa”
Possui
processador,
memória e
controladores de
interface
Foco usuário final

Prototipagem rápida -
Arduino

Kits educacionais / prototipagem
rápida / hobby

Arduino UNO

Interfaces comuns - Digital
http://www.peteletrica.ufc.br/Apostilas/Eletr%C3%B4nica%20Digital%20-%20PET-EE.pdf
• Lógica booleana
• Portas lógicas
• Base de TODOS os sistemas computacionais
• São usados componentes analógicos em dois estados:
• saturado (tudo) e corte (nada)

Interfaces comuns - Analógica
Conversor AD
Compara em
sequência com
referencias de
tensão!
https://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem

Interfaces comuns – PWM (“saída
analógica”)
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5169-mec071a.html

Interfaces comuns – Sinal serial
https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-communication

ARDUINO MEGA

ARDUINO NANO

Outros..... Tipos^mol
Arduino Due
The Arduino Due is the first
Arduino board based on a 32-
bit ARM core microcontroller.
With 54 digital input/output
pins, 12 analog inputs, it is the
perfect board for powerful
larger scale Arduino projects.
Arduino Yún
The Arduino Yún is a
microcontroller board
based on the Atmega
32u4 and the Atheros
AR9331. supports a
Linux, Wifi, USB-A,
micro-SD, 20 digIO, etc.
LilyPad Arduino USB
The LilyPad Arduino USB is
a microcontroller board
based on the ATmega32u4.
It has 9 digital input/output
pins (of which 4 can be
used as PWM outputs and
4 as analog inputs),
Pro Mni
Fio
Esplora

Outras versões
12:57cscerqueira.com.br

MEMS
Tecnologia dos Sensores
Mechanic Electric M

Revolução da Nanotecnologia
https://www.youtube.com/watch?v=djH8AM2diyE
http://phys.org/news/2014-05-mems-nanoinjector-genetic-modification-cells.html

Natural aplicação para sensores
Por exemplo... gyro
http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=1&scid=16&iid=40

Modelando o giro
http://www.edn.com/electronics-blogs/mechatronics-in-design/4400475/Modeling-the-MEMS-gyroscope

Como fica em MEMS?
https://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+4
+Gyroscope+Teardown/3156
http://electronicdesign.com/components/mems-inertial-sensors-push-
size-performance-limits-next-gen-mobile-devices

http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2011/apr/mems-accelerometers-gyroscopes-and-geomagnetic-
sensors---propelling-disruptive-consumer-applications

Links sobre a teoria de cada um dos
tipos de sensores que vocês estão
usando
▪ http://www.sensorland.com/HowPage023.html
▪ http://www.designnews.com/author.asp?doc_id=256404
▪ https://learn.sparkfun.com/tutorials/gyroscope/how-a-gyro-works
▪ https://learn.sparkfun.com/tutorials/accelerometer-basics
▪ https://learn.sparkfun.com/tutorials/bmp180-barometric-pressure-sensor-hookup-

Formas de usar o Arduino
ARD
Autônomo Escravo de
um Host

Formas de Programar
Opções
Scratch
Diagrama
(Simulink)Código

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

https://www.arduino.cc/en/Re
ference/

Usando Modelos
▪ Ganhos em:
▪ Velocidade de desenvolvimento
▪ Facilidade de reutilização
▪ Facilidade de compreensão dos membros da equipe
▪ Facilidade na prestação de contas para os stakeholders
▪ <<passar vídeo motivador>>

Simulink
▪ Simular
▪ Deploy no arduino
http://www.mathworks.com/help/supportpkg/arduino/e
xamples/getting-started-with-arduino-hardware.html
http://www.mathworks.com/hardware-
support/arduino-simulink.html

Matlab
▪ Possibilidade de facilmente testar e validar todos os sensores (individualmente /
conjunto)
▪ Gerar um “mini relatório” com a prova da aquisição de dados de cada um dos
sensores.
▪ Validar as contas de recuperação de dados. ex.: a  v  s
a = arduino('com3','Mega2560');
writeDigitalPin(a,'D13',1);
value = readDigitalPin(a,'D13');
...

Links das bibliotecas de cada
sensor
▪ Usando o MPU-6050
▪ Programando na IDE:
▪ http://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050
▪ Usando no Simulink:
▪ http://minseg.webs.com/arduino-downloads
▪ Usando o ESP-8266
▪ Usando no Simulink:
▪ http://electronut.in/an-iot-project-with-esp8266/
▪ Usando o Matlab:
▪ http://allaboutee.com/2015/01/02/esp8266-arduino-led-control-from-webpage/
▪ Usando o BMP085
▪ Programando na IDE
▪ http://www.arduinoecia.com.br/2013/06/sensor-de-temperatura-e-pressao-bmp085.html
▪ Usando o NEO-6M
▪ https://bigdanzblog.wordpress.com/2015/01/15/connecting-u-blox-neo-6m-gps-to-arduino/
▪ http://www.instructables.com/id/Arduino-Ublox-GPS/
▪ SD Card
▪ http://blog.filipeflop.com/modulos/cartao-sd-com-arduino.html

Dicas para o uso do simulink
▪ V0:
▪ http://www.mathworks.com/videos/arduino-and-matlab-reading-inputs-and-writing-
outputs-106502.html?type=shadow
▪ How to integrate Arduino Libraries with Matlab Simulink?
▪ https://www.youtube.com/watch?v=_OLctOFjjYQ&app=desktop
▪Se optar por usar o Simulink ---
VÃO TER QUE USAR ISSO

WRAP-UP

O que vimos hoje
▪ Revisão de como organizar os elementos da concepção de
missão.
▪ Revisão do que é o micro-controlador, tipos de interfaces, tipos de
Arduinos.
▪ Apresentação breve da Tecnologia MEMS
▪ Quem quiser ver com profundidade me peça conteúdo. Fiz disciplina na
faculdade sobre nano-eletrônica – tenho material didático.
▪ Programação da computador de bordo da carga útil.
▪ Sugiro fortemente vocês utilizarem o Simulink.
▪ Padrão da indústria.
▪ Tendência é a plena abordagem de modelagem no ciclo de vida.
▪ Para a documentação da concepção de missão
▪ Sugiro fortemente vocês utilizarem os modelos OPM
▪ Se tornou ISO – Minha aposta para

Como me encontrar:
▪E-mail (se urgente): christophercerqueira@gmail.com
▪Site: http://cscerqueira.com.br
▪Para dúvidas MUITO maiores:
INPE – Prédio Satélite - Sala 95
Ramal: 3208-7321
www.cscerqueira.com.br/moodle
Moodle

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