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Autores:
João Cardoso nº 042165686
Diogo Sousa nº 042165697
Março 2010
Orientadores:
Prof. Tito Amaral
Prof. Filipe Cardoso
Departamento de Engenharia Electrotécnica Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
SAMISH Sistema de Aquisição e Monitorização de Informação
Sensorial de um Helicóptero
Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
SAMISH - Sistema de Aquisição e Monitorização de Informação Sensorial de um Helicóptero
Sumário
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• Motivação e Objectivos;
• Introdução;
• CAN (Controller Area Network);
• Estação Remota;
• Comunicação RF;
• Estação Base;
• Resultados Experimentais;
• Conclusões e Desenvolvimentos.
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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
SAMISH - Sistema de Aquisição e Monitorização de Informação Sensorial de um Helicóptero
Motivação e Objectivos
• Explorar a área dos veículos autónomos aéreos;
• Desenvolver uma rede sensorial;
• Desenvolver uma aplicação de monitorização;
• Possibilitar melhorias e desenvolvimentos futuros.
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Estação Remota Comunicação RF Estação Base
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Introdução
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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
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CAN (Controller Area Network)
• Dois fios para a comunicação de dados;
• Velocidade de comunicação até 1 Mbps;
• Comunicações:
Ponto a ponto;
Multi-ponto;
Difusão;
• Flexível adição/remoção de nós na rede;
• Reduzido custo e complexidade de implementação.
Controlador CAN
Processador
Transceiver
Barramento CAN
Ω Ω Nó
CAN
Nó
CAN
Nó
CAN
Nó
CAN
Nó
CAN
Nó CAN:
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Diagrama de Blocos
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Estação Remota (1/9)
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Nó Sonar (1/2)
Sonar SRF04F:
• Alimentação: 5 V;
• Consumo: 30 mA; • Dimensões: 43×20×17 mm;
• Peso: 11.3 g.
Detecção da
altura ao solo
Detecção de objectos na
dianteira do helicóptero
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Estação Remota (2/9)
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Nó Sonar (2/2)
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Estação Remota (3/9)
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Nó GPS
GPS u-Blox SAM-LS:
• Alimentação: 2.7 - 3.3 V;
• Consumo: 56 mA; • Dimensões: 31.5×47×9.5 mm;
• Peso: 3 g.
Cálculo da posição:
• Tempo de recepção do sinal dos satélites;
• Três satélites para obter coordenadas;
• Quarto satélite para obter altitude.
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Estação Remota (4/9)
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Nó Acelerómetro (1/2)
gx
gz
gy
Cálculo num referencial XYZ:
• Aceleração dinâmica;
• Aceleração estática.
Acelerómetro MMA7260Q:
• Alimentação: 2.2 – 3.6 V;
• Consumo: 500 µA.
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Estação Remota (5/9)
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Nó Acelerómetro (2/2)
gS1 gS2 Escala Sensibilidade
0 0 ± 1.5 g 800 mV/g
1 0 ± 2.0 g 600 mV/g
0 1 ± 4.0 g 300 mV/g
1 1 ± 6.0 g 200 mV/g
Tecnologia de fabrico MEMS:
• Elementos inferiores a 100 µm;
• Deslocação da massa de prova.
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Estação Remota (6/9)
XOUT
YOUT
ZOUT
GND
gS1 gS2
VCC
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Nó Giroscópio (1/2)
Cálculo da velocidade angular em º/s
Giroscópio E-Sky EK2-0704:
• Alimentação: 5 V;
• Consumo: 10 mA; • Dimensões: 27.2×27.5×17.5 mm;
• Peso: 50 g.
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Estação Remota (7/9)
Quantidade de rotação que um corpo
realiza num eixo por unidade de tempo
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Nó Giroscópio (2/2)
A[V]
t[ms] 1.50
3.6
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Estação Remota (8/9)
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Nó Controlador
Nó
Acelerómetro
Nó
GPS
Nó
Giroscópio
Nó
Sonar
Nó Acelerómetro Nó sonar Nó Giroscópio Nó GPS
Eixo X Eixo Y Eixo Z Sonar A Sonar B
• Construção da trama SAMISH:
Nó
Controlador
• Envio da trama a cada 100 ms, a 115.2 kbps via RS232.
• Recepção e processamento dos dados sensoriais;
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Estação Remota (9/9)
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Módulos RF XBee PRO 868:
• Isento de licenciamento;
• Alimentação: 3.0 - 3.6 V;
• Consumo: 500 mA (máx.);
• Dimensões: 24.3x32.9x7 mm;
• Ficha RPSMA.
Consumo de
Corrente (mA)
Potência de
Emissão (mW)
85 1
150 25
280 100
350 200
500 300
Parâmetros configurados:
• Potência de emissão: 200 mW;
• Velocidade: 115.2 kbps;
• Dipolo Simples com 2.0 dBi ganho.
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Comunicação RF
Estação
Base
Aspecto e Funcionalidades da Aplicação
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Estação Base
Aspecto e Funcionalidades da Aplicação
• Gestão dos sensores instalados na estação remota;
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Estação Base
Aspecto e Funcionalidades da Aplicação
• Gestão dos sensores instalados na estação remota;
• Selecção das informações mostradas no painel principal;
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Estação Base
Aspecto e Funcionalidades da Aplicação
• Gestão dos sensores instalados na estação remota;
• Selecção das informações mostradas no painel principal;
• Visualização dos gráficos em janelas individuais;
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Estação Base
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Aspecto e Funcionalidades da Aplicação
• Gestão dos sensores instalados na estação remota;
• Selecção das informações mostradas no painel principal;
• Visualização dos gráficos em janelas individuais;
• Registo de uma sessão e exportação da mesma em *.csv.
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Estação Base
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Taxa de Actualização de Dados
Dados no Nó Controlador:
• Nó GPS: 1.02 s;
• Nó Sonar: 6 ms.
• Nó Acelerómetro: 6.4 ms;
• Nó Giroscópio: 5.4 ms;
Dados na Estação Base:
• Entre os 100 ms e 150 ms, dependendo da:
Qualidade de recepção;
Barreiras arquitectónicas;
Atrasos na recepção e no envio.
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Resultados Experimentais (1/3)
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Teste de Cobertura dos Módulos XBee (1/2)
Tempo mínimo
e máximo
entre o envio
de uma trama.
Tempo de
timeout.
Trama com
105 bytes.
Taxa de
sucesso nas
comunicações.
Número de
comunicações
bem sucedidas
e falhadas.
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Resultados Experimentais (2/3)
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Teste de Cobertura dos Módulos XBee (2/2)
100% a 70m
97.1% a 190m
84.9% a 320m
83.9% a 440m
90.3% a 750m
98.1% a 1km
99.1% a 1.45km
87.7% a 1.91km
72.4% a
2.6km 91.7% a
2.62km
Do ponto J ao A a 50 km/h
90.5%
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Resultados Experimentais (3/3)
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Após a conclusão deste projecto verificou-se que:
Desenvolveu-se com sucesso um sistema que:
• Adquire conjunto de dados sensoriais de um helicóptero;
• Envia os dados sensoriais via RF para a estação base;
• Processa e monitoriza a informação sensorial na estação base;
Bom desempenho nas comunicações RF, com os módulos XBee Pro;
Projecto aplicável a qualquer veiculo, de modelismo ou convencional;
Projecto com potencial comercial.
No futuro:
• Adição de novos sensores na rede CAN;
• Incluir um módulo de vídeo para ajuda à monitorização;
• Tornar a navegação totalmente autónoma.
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Conclusões e Desenvolvimentos
Obrigado pela atenção, dúvidas?
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Fim da Apresentação
Autores:
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Diogo Sousa nº 042165697
Março 2010
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