final project presentation - pt

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

2

• Motivação e Objectivos;

• Introdução;

• CAN (Controller Area Network);

• Estação Remota;

• Comunicação RF;

• Estação Base;

• Resultados Experimentais;

• Conclusões e Desenvolvimentos.

3



Motivação e Objectivos

• Explorar a área dos veículos autónomos aéreos;

• Desenvolver uma rede sensorial;

• Desenvolver uma aplicação de monitorização;

• Possibilitar melhorias e desenvolvimentos futuros.

4

Estação Remota Comunicação RF Estação Base



Introdução

5



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:

6

Diagrama de Blocos



Estação Remota (1/9)

7

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




8

Nó Sonar (2/2)




9

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.




10

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.




11

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.




XOUT

YOUT

ZOUT

GND

gS1 gS2

VCC

12

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.




Quantidade de rotação que um corpo

realiza num eixo por unidade de tempo

13

Nó Giroscópio (2/2)

A[V]

t[ms] 1.50

3.6




14

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;




15

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.



Comunicação RF

Estação

Base

Aspecto e Funcionalidades da Aplicação



Estação Base


• Gestão dos sensores instalados na estação remota;



Estação Base



• Selecção das informações mostradas no painel principal;



Estação Base




• Visualização dos gráficos em janelas individuais;



Estação Base

20




• Visualização dos gráficos em janelas individuais;

• Registo de uma sessão e exportação da mesma em *.csv.



Estação Base

21

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.



Resultados Experimentais (1/3)

22

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.




23

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%




24

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.



Conclusões e Desenvolvimentos

Obrigado pela atenção, dúvidas?



Fim da Apresentação

Autores:

João Cardoso nº 042165686

Diogo Sousa nº 042165697

Março 2010

Orientadores:

Prof. Tito Amaral

Prof. Filipe Cardoso

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